@phdthesis{Zuehlke2017,
  author    = {Z{\"u}hlke, Martin},
  title     = {Elektrosprayionisation Ionenmobilit{\"a}tsspektrometrie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407452},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 113, XIV},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Elektrosprayionisation (ESI) ist eine der weitverbreitetsten Ionisationstechniken f{\"u}r fl{\"u}ssige Pro-ben in der Massen- und Ionenmobilit{\"a}ts(IM)-Spektrometrie. Aufgrund ihrer schonenden Ionisierung wird ESI vorwiegend f{\"u}r empfindliche, komplexe Molek{\"u}le in der Biologie und Medizin eingesetzt. {\"U}berdies ist sie allerdings f{\"u}r ein sehr breites Spektrum an Substanzklassen anwendbar. Die IM-Spektrometrie wurde urspr{\"u}nglich zur Detektion gasf{\"o}rmiger Proben entwickelt, die haupts{\"a}chlich durch radioaktive Quellen ionisiert werden. Sie ist die einzige analytische Methode, bei der Isomere in Echtzeit getrennt und {\"u}ber ihre charakteristische IM direkt identifiziert werden k{\"o}nnen. ESI wurde in den 90ger Jahren durch die Hill Gruppe in die IM-Spektrometrie eingef{\"u}hrt. Die Kombination wird bisher jedoch nur von wenigen Gruppen verwendet und hat deshalb noch ein hohes Entwick-lungspotential. Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist der Einsatz in der Hochleistungs-fl{\"u}ssigkeitschromatographie (HPLC) zur mehrdimensionalen Trennung. Heutzutage ist die HPLC die Standardmethode zur Trennung komplexer Proben in der Routineanalytik. HPLC-Trennungsg{\"a}nge sind jedoch h{\"a}ufig langwierig und der Einsatz verschiedener Laufmittel, hoher Flussraten, von Puffern, sowie Laufmittelgradienten stellt hohe Anforderungen an die Detektoren. Die ESI-IM-Spektrometrie wurde in einigen Studien bereits als HPLC-Detektor eingesetzt, war dort bisher jedoch auf Flussratensplitting oder geringe Flussraten des Laufmittels beschr{\"a}nkt. In dieser kumulativen Doktorarbeit konnte daher erstmals ein ESI IM-Spektrometer als HPLC-Detektor f{\"u}r den Flussratenbereich von 200-1500 μl/min entwickelt werden. Anhand von f{\"u}nf Publi-kationen wurden (1) {\"u}ber eine umfassende Charakterisierung die Eignung des Spektrometers als HPLC-Detektor festgestellt, (2) ausgew{\"a}hlte komplexe Trenng{\"a}nge pr{\"a}sentiert und (3) die Anwen-dung zum Reaktionsmonitoring und (4, 5) m{\"o}gliche Weiterentwicklungen gezeigt. Erfolgreich konnten mit dem selbst-entwickelten ESI IM-Spektrometer typische HPLC-Bedingungen wie Wassergehalte im Laufmittel von bis zu 90\%, Pufferkonzentrationen von bis zu 10 mM, sowie Nachweisgrenzen von bis zu 50 nM erreicht werden. Weiterhin wurde anhand der komplexen Trennungsg{\"a}nge (24 Pestizide/18 Aminos{\"a}uren) gezeigt, dass die HPLC und die IM-Spektrometrie eine hohe Orthogonalit{\"a}t besitzen. Eine effektive Peakkapazit{\"a}t von 240 wurde so realisiert. Auf der HPLC-S{\"a}ule koeluierende Substanzen konnten {\"u}ber die Driftzeit getrennt und {\"u}ber ihre IM identifi-ziert werden, sodass die Gesamttrennzeiten erheblich minimiert werden konnten. Die Anwend-barkeit des ESI IM-Spektrometers zur {\"U}berwachung chemischer Synthesen wurde anhand einer dreistufigen Reaktion demonstriert. Es konnten die wichtigsten Edukte, Zwischenprodukte und Produkte aller Stufen identifiziert werden. Eine quantitative Auswertung war sowohl {\"u}ber eine kurze HPLC-Vortrennung als auch durch die Entwicklung eines eigenen Kalibrierverfahrens, welches die Ladungskonkurrenz bei ESI ber{\"u}cksichtigt, ohne HPLC m{\"o}glich. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei Weiterentwicklungen des Spektrometers pr{\"a}sentiert. Eine M{\"o}glichkeit ist die Reduzierung des Drucks in den intermedi{\"a}ren Bereich (300 - 1000 mbar) mit dem Ziel der Verringerung der ben{\"o}tigten Spannungen. Mithilfe von Streulichtbildern und Strom-Spannungs-Kurven wurden f{\"u}r geringe Dr{\"u}cke eine verminderte Freisetzung der Analyt-Ionen aus den Tropfen festgestellt. Die Verluste konnten jedoch {\"u}ber h{\"o}here elektrische Feldst{\"a}rken ausgeglichen werden, sodass gleiche Nachweisgrenzen bei 500 mbar und bei 1 bar erreicht wurden. Die zweite Weiterentwicklung ist ein neuartiges Ionentors mit Pulsschaltung, welches eine Verdopplung der Aufl{\"o}sung auf bis zu R > 100 bei gleicher Sensitivit{\"a}t erm{\"o}glichte. Eine denkbare Anwendung im Bereich der Peptidanalytik wurde mit beachtlichen Aufl{\"o}sungen der Peptide von R = 90 gezeigt.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Riebe2016,
  author    = {Riebe, Daniel},
  title     = {Experimental and theoretical investigations of molecular ions by spectroscopy as well as ion mobility and mass spectrometry},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94632},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {143},
  year      = {2016},
  abstract  = {The aim of this thesis was the elucidation of different ionization methods (resonance-enhanced multiphoton ionization - REMPI, electrospray ionization - ESI, atmospheric pressure chemical ionization - APCI) in ion mobility (IM) spectrometry. In order to gain a better understanding of the ionization processes, several spectroscopic, mass spectrometric and theoretical methods were also used. Another focus was the development of experimental techniques, including a high resolution spectrograph and various combinations of IM and mass spectrometry. The novel high resolution 2D spectrograph facilitates spectroscopic resolutions in the range of commercial echelle spectrographs. The lowest full width at half maximum of a peak achieved was 25 pm. The 2D spectrograph is based on the wavelength separation of light by the combination of a prism and a grating in one dimension, and an etalon in the second dimension. This instrument was successfully employed for the acquisition of Raman and laser-induced breakdown spectra. Different spectroscopic methods (light scattering and fluorescence spectroscopy) permitting a spatial as well as spectral resolution, were used to investigate the release of ions in the electrospray. The investigation is based on the 50 nm shift of the fluorescence band of rhodamine 6G ions of during the transfer from the electrospray droplets to the gas phase. A newly developed ionization chamber operating at reduced pressure (0.5 mbar) was coupled to a time-of-flight mass spectrometer. After REMPI of H2S, an ionization chemistry analogous to H2O was observed with this instrument. Besides H2S+ and its fragments, H3S+ and protonated analyte ions could be observed as a result of proton-transfer reactions. For the elucidation of the peaks in IM spectra, a combination of IM spectrometer and linear quadrupole ion trap mass spectrometer was developed. The instrument can be equipped with various ionization sources (ESI, REMPI, APCI) and was used for the characterization of the peptide bradykinin and the neuroleptic promazine. The ionization of explosive compounds in an APCI source based on soft x-radiation was investigated in a newly developed ionization chamber attached to the ion trap mass spectrometer. The major primary and secondary reactions could be characterized and explosive compound ions could be identified and assigned to the peaks in IM spectra. The assignment is based on the comparison of experimentally determined and calculated IM. The methods of calculation currently available exhibit large deviations, especially in the case of anions. Therefore, on the basis of an assessment of available methods, a novel hybrid method was developed and characterized.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{MichalikOnichimowska2022,
  author    = {Michalik-Onichimowska, Aleksandra},
  title     = {Real-time monitoring of (photo)chemical reactions in micro flow reactors and levitated droplets by IR-MALDI ion mobility and mass spectrometry},
  doi       = {10.25932/publishup-55729},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-557298},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {v, 68},
  year      = {2022},
  abstract  = {Eine nachhaltigere chemische Industrie erfordert eine Minimierung der L{\"o}sungsmittel und Chemikalien. Daher werden Optimierung und Entwicklung chemischer Prozesse vor einer Produktion in großem Maßstab in kleinen Chargen durchgef{\"u}hrt. Der entscheidende Schritt bei diesem Ansatz ist die Skalierbarkeit von kleinen Reaktionssystemen auf große, kosteneffiziente Reaktoren. Die Vergr{\"o}ßerung des Volumens des Reaktionsmediums geht immer mit der Vergr{\"o}ßerung der Oberfl{\"a}che einher, die mit dem begrenzenden Gef{\"a}ß in Kontakt steht. Da das Volumen kubisch, w{\"a}hrend die Oberfl{\"a}che quadratisch mit zunehmendem Radius skaliert, nimmt ihr Verh{\"a}ltnis nicht linear zu. Viele an der Grenzfl{\"a}che zwischen Oberfl{\"a}che und Fl{\"u}ssigkeit auftretende Ph{\"a}nomene k{\"o}nnen die Reaktionsgeschwindigkeiten und Ausbeuten beeinflussen, was zu falschen Prognosen aufgrund der kleinskaligen Optimierung f{\"u}hrt. Die Anwendung von schwebenden Tropfen als beh{\"a}lterlose Reaktionsgef{\"a}ße bietet eine vielversprechende M{\"o}glichkeit, die oben genannten Probleme zu vermeiden. In der vorgestellten Arbeit wurde eine effiziente Kopplung von akustisch schwebenden Tropfen und IM Spektrometer f{\"u}r die Echtzeit{\"u}berwachung chemischer Reaktionen entwickelt, bei denen akustisch schwebende Tropfen als Reaktionsgef{\"a}ße fungieren. Das Design des Systems umfasst die ber{\"u}hrungslose Probenahme und Ionisierung, die durch Laserdesorption und -ionisation bei 2,94 µm realisiert wird. Der Umfang der Arbeit umfasst grundlegende Studien zum Verst{\"a}ndnis der Laserbestrahlung von Tropfen im akustischen Feld. Das Verst{\"a}ndnis dieses Ph{\"a}nomens ist entscheidend, um den Effekt der zeitlichen und r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung der erzeugten Ionenwolke zu verstehen, die die Aufl{\"o}sung des Systems beeinflusst. Der Aufbau umfasst eine akustische Falle, Laserbestrahlung und elektrostatische Linsen, die bei hoher Spannung unter Umgebungsdruck arbeiten. Ein effektiver Ionentransfer im Grenzfl{\"a}chenbereich zwischen dem schwebenden Tropfen und dem IMS muss daher elektrostatische und akustische Felder vollst{\"a}ndig ber{\"u}cksichtigen. F{\"u}r die Probenahme und Ionisation wurden zwei unterschiedliche Laserpulsl{\"a}ngen untersucht, n{\"a}mlich im ns- und µs-Bereich. Die Bestrahlung {\"u}ber µs-Laserpulse bietet gegen{\"u}ber ns-Pulse mehrere Vorteile: i) das Tropfenvolumen wird nicht stark beeinflusst, was es erm{\"o}glichet, nur ein kleines Volumen des Tropfens abzutasten; ii) die geringere Fluenz f{\"u}hrt zu weniger ausgepr{\"a}gten Schwingungen des im akustischen Feld eingeschlossenen Tropfens und der Tropfen wird nicht aus dem akustischen Feld r{\"u}ckgeschlagen, was zum Verlust der Probe f{\"u}hren w{\"u}rde; iii) die milde Laserbestrahlung f{\"u}hrt zu einer besseren r{\"a}umlichen und zeitlichen Begrenzung der Ionenwolken, was zu einer besseren Aufl{\"o}sung der detektierten Ionenpakete f{\"u}hrt. Schließlich erm{\"o}glicht dieses Wissen die Anwendung der Ionenoptik, die erforderlich ist, um den Ionenfluss zwischen dem im akustischen Feld suspendierten Tropfen und dem IM Spektrometer zu induzieren. Die Ionenoptik aus 2 elektrostatischen Linsen in der N{\"a}he des Tropfens erm{\"o}glicht es, die Ionenwolke effektiv zu fokussieren und direkt zum IM Spektrometer-Eingang zu f{\"u}hren. Diese neuartige Kopplung hat sich beim Nachweis einiger basischer Molek{\"u}le als erfolgreich erwiesen. Um die Anwendbarkeit des Systems zu belegen, wurde die Reaktion zwischen N-Boc Cysteine Methylester und Allylalkohol in einem Chargenreaktor durchgef{\"u}hrt und online {\"u}berwacht. F{\"u}r eine Kalibrierung wurde der Reaktionsfortschritt parallel mittels 1H-NMR verfolgt. Der beobachtete Reaktionsumsatz von mehr als 50\% innerhalb der ersten 20 Minuten demonstrierte die Eignung der Reaktion, um die Einsatzpotentiale des entwickelten Systems zu bewerten.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Erler2020,
  author    = {Erler, Alexander},
  title     = {Entwicklung von online-Detektionsverfahren f{\"u}r landwirtschaftlich relevante Analyten},
  doi       = {10.25932/publishup-47340},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-473406},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 123},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die Entwicklung nachhaltiger Bewirtschaftungs- und Produktionsmethoden ist eine der zentralen Fragestellungen der modernen Agrarwirtschaft. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit zwei Forschungsthemen, die das Konzept Nachhaltigkeit beinhalten. In beiden F{\"a}llen werden analytische Grundlagen f{\"u}r die Entwicklung entsprechender landwirtschaftlicher Arbeitsmethoden gelegt. Das erste Thema ist an den sogenannten Pr{\"a}zisionsackerbau angelehnt. Bei diesem wird die Bearbeitung von Agrarfl{\"a}chen ortsabh{\"a}ngig ausgef{\"u}hrt. Das heißt, die Ausbringung von Saatgut, D{\"u}nger, Bew{\"a}sserung usw. richtet sich nach den Eigenschaften des jeweiligen Standortes und wird nicht pauschal gleichm{\"a}ßig {\"u}ber ein ganzes Feld verteilt. Voraussetzung hierf{\"u}r ist eine genaue Kenntnis der Bodeneigenschaften. In der vorliegenden Arbeit sollten diese Parameter mittels der analytischen Technik der Laser-induzierten Breakdown Spektroskopie (LIBS), die eine Form der Elementaranalyse darstellt, bestimmt werden. Bei den hier gesuchten Bodeneigenschaften handelte es sich um die Gehalte von N{\"a}hrstoffen sowie einige sekund{\"a}re Parameter wie den Humusanteil, den pH-Wert und den pflanzenverf{\"u}gbaren Anteil einzelner N{\"a}hrstoffe. Diese Eigenschaften wurden durch etablierte Referenzanalysen bestimmt. Darauf aufbauend wurden die Messergebnissen der LIBS-Untersuchungen durch verschiedene Methoden der sogenannten multivariaten Datenanalyse (MVA) ausgewertet. Daraus sollten Modelle zur Vorhersage der Bodenparameter in zuk{\"u}nftigen LIBS-Messungen erarbeitet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass mit der Kombination von LIBS und MVA s{\"a}mtliche Bodenparameter erfolgreich vorhergesagt werden konnten. Dies beinhaltete sowohl die tats{\"a}chlich messbaren Elemente als auch die sekund{\"a}ren Eigenschaften, welche durch die MVA mit den Elementgehalten in Zusammenhang gebracht wurden. Das zweite Thema besch{\"a}ftigt sich mit der Vermeidung von Verlusten durch Sch{\"a}dlingsbefall bei der Getreidelagerung. Hier sollten mittels der Ionenmobilit{\"a}tsspektrometrie (IMS) Schimmelpilzkontaminationen detektiert werden. Dabei wurde nach den fl{\"u}chtigen Stoffwechselprodukten der Pilze gesucht. Die durch Referenzmessungen mit Massenspektrometern identifizierten Substanzen konnten durch IMS im Gasvolumen {\"u}ber den Proben, dem sogenannten Headspace, nachgewiesen werden. Dabei wurde nicht nur die Anwesenheit einer Kontamination festgestellt, sondern diese auch charakterisiert. Die freigesetzten Substanzen bildeten spezifische Muster, anhand derer die Pilze identifiziert werden konnten. Hier wurden sowohl verschiedene Gattungen als auch einzelne Arten unterschieden. Die Messungen fanden auf verschiedenen N{\"a}hrb{\"o}den statt um den Einfluss dieser auf die Stoffwechselprodukte zu beobachten. Auch die sekund{\"a}ren Stoffwechselprodukte der Schimmelpilze, die Mykotoxine, konnten durch IMS detektiert werden. Beide in dieser Arbeit vorgestellten Forschungsthemen konnten erfolgreich abgeschlossen werden. Sowohl LIBS als auch IMS erwiesen sich f{\"u}r den Nachweis der jeweiligen Analyten als geeignet, und der Einsatz moderner computergest{\"u}tzter Auswertemethoden erm{\"o}glichte die genaue Charakterisierung der gesuchten Parameter. Beide Techniken k{\"o}nnen in Form von mobilen Ger{\"a}ten verwendet werden und zeichnen sich durch eine schnelle und sichere Analyse aus. In Kombination mit entsprechenden Modellen der MVA sind damit alle Voraussetzungen f{\"u}r Vor-Ort-Untersuchungen und damit f{\"u}r den Einsatz in der Landwirtschaft erf{\"u}llt.},
  language  = {de}
}