@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}
}
@article{MichalikOnichimowskaBeitzPanneetal.2017,
  author    = {Michalik-Onichimowska, Aleksandra and Beitz, Toralf and Panne, Ulrich and L{\"o}hmannsr{\"o}ben, Hans-Gerd and Riedel, Jens},
  title     = {Microsecond mid-infrared laser pulses for atmospheric pressure laser ablation/ionization of liquid samples},
  series = {Sensors and actuators : B, Chemical},
  volume    = {238},
  journal   = {Sensors and actuators : B, Chemical},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {Lausanne},
  issn      = {0925-4005},
  doi       = {10.1016/j.snb.2016.06.155},
  pages     = {298 -- 305},
  year      = {2017},
  abstract  = {In many laser based ionization techniques with a subsequent drift time separation, the laser pulse generating the ions is considered as the start time to. Therefore, an accurate temporal definition of this event is crucial for the resolution of the experiments. In this contribution, the laser induced plume dynamics of liquids evaporating into atmospheric pressure are visualized for two distinctively different laser pulse widths, Delta t = 6 nanoseconds and Delta tau = 280 microseconds. For ns-pulses the expansion of the generated vapour against atmospheric pressure is found to lead to turbulences inside the gas phase. This results in spatial and temporal broadening of the nascent clouds. A more equilibrated expansion, without artificial smearing of the temporal resolution can, in contrast, be observed to follow mu s-pulse excitation. This leads to the counterintuitive finding that longer laser pulses results in an increased temporal vapour formation definition. To examine if this fume expansion also eventually results in a better definition of ion formation, the nascent vapour plumes were expanded into a linear drift tube ion mobility spectrometer (IMS). This time resolved detection of ion formation corroborates the temporal broadening caused by collisional impeding of the supersonic expansion at atmospheric pressure and the overall better defined ion formation by evaporation with long laser pulses. A direct comparison of the observed results strongly suggests the coexistence of two individual ion formation mechanisms that can be specifically addressed by the use of appropriate laser sources.},
  language  = {en}
}
@article{MichalikOnichimowskaKernRiedeletal.2017,
  author    = {Michalik-Onichimowska, Aleksandra and Kern, Simon and Riedel, Jens and Panne, Ulrich and King, Rudibert and Maiwald, Michael},
  title     = {"Click" analytics for "click" chemistry - A simple method for calibration-free evaluation of online NMR spectra},
  series = {Journal of magnetic resonance},
  volume    = {277},
  journal   = {Journal of magnetic resonance},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {San Diego},
  issn      = {1090-7807},
  doi       = {10.1016/j.jmr.2017.02.018},
  pages     = {154 -- 161},
  year      = {2017},
  abstract  = {Driven mostly by the search for chemical syntheses under biocompatible conditions, so called "click" chemistry rapidly became a growing field of research. The resulting simple one-pot reactions are so far only scarcely accompanied by an adequate optimization via comparably straightforward and robust analysis techniques possessing short set-up times. Here, we report on a fast and reliable calibration-free online NMR monitoring approach for technical mixtures. It combines a versatile fluidic system, continuous-flow measurement of H-1 spectra with a time interval of 20 s per spectrum, and a robust, fully automated algorithm to interpret the obtained data. As a proof-of-concept, the thiol-ene coupling between N-boc cysteine methyl ester and ally] alcohol was conducted in a variety of non-deuterated solvents while its time-resolved behaviour was characterized with step tracer experiments. Overlapping signals in online spectra during thiol-ene coupling could be deconvoluted with a spectral model using indirect hard modeling and were subsequently converted to either molar ratios (using a calibration free approach) or absolute concentrations (using 1-point calibration). For various solvents the kinetic constant k for pseudo-first order reaction was estimated to be 3.9 h(-1) at 25 degrees C. The obtained results were compared with direct integration of non-overlapping signals and showed good agreement with the implemented mass balance. (C) 2017 Elsevier Inc. All rights reserved.},
  language  = {en}
}