@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}
}