Lehrveranstaltungen
Univ.-Prof. Dr. Christopher A. Mayhew
Type/Hours: ECTS-AP: 2,5
Mode of repetition: semestral
Language of instruction: English
Learning Outcome:
To introduce the fundamental science of ion-molecule chemistry that underpins chemical ionisation mass spectrometry
To provide the framework needed for gaining a knowledge and an in-depth understanding of ion-molecule reactions for later development and use in a second course dealing with ion-molecule chemistry and gas-phase analytical chemistry: Applications of Chemical Ionisation Mass Spectrometry (748003), a 5 ECTS course that includes lectures and major practical studies. (Successful completion of 748002 is a prerequisite for undertaking 748003.)
To link the spectroscopic information received from interstellar space to the development of laboratory based chemical ionisation mass spectrometers for investigations to explain the interstellar chemistry observed spectroscopically
To provide hands-on-experience of spectroscopic measurements and an understanding of atomic and molecular transitions
Contents:
1. Lecture Material (15 lectures)
Ion-molecule reaction chemistry
- types of ion-molecule reactions
- reaction rate equation
- experimentally determining the reaction rate coefficient
- calculating reaction rate coefficients
- biomolecular ion-molecule reactions
- termolecular reactions
- radiative association processes
- calculating the collisional reaction rate coefficient
Ion-molecule processes and planetary atmospheres
- spectroscopy
- spectroscopic nomenclature (atoms)
- atomic transitions
- forbidden transitions
- regions of the ionosphere
- transmission and reflection of electromagnetic waves ion-molecule processes
Ion-molecule processes and interstellar chemistry
- nebulae (HII regions)
- interstellar clouds
- Maxwell’s laws of electromagnetism
- propagation of electromagnetic radiation through space
- spectroscopic measurements
- rotational spectra and the discovery of molecules in space
- interstellar chemistry – spectroscopic discovery of molecules in space
- Laboratory – creating an HII nebula and determining the ionisation energy of atomic hydrogen
Development of Chemical Ionisation Mass Spectrometric Instrumentation
- Laboratory investigations to explain the spectroscopic discoveries of interstellar space and planetary atmospheres
- Precursor instrumentation to state-of-the-art analytical instruments currently used to detect trace chemical compounds (from parts per trillion by volume)
- Flowing Afterglow Mass Spectrometer
- Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometer
- Proton Transfer Reaction-Mass Spectrometer
Fundamentals of Mass Spectrometry
- mass spectra
- definitions and nomenclature
- resolving power
- isotopes
- ion sources
- mass analysers
- ion detectors
2. Practical Work (1 day) - Line spectra: the Balmer Series and its link to nebula
- Learning how to calibrate a spectroscope (use of a helium lamp) coupled to a CCD camera
- Determining the Rydberg constant RH from measurements of the visible spectrum of atomic hydrogen
Methods:
Lectures and Experimental Work (taught in English)
o provide a series of tutorial style lectures drawing together and developing concepts from various disciplines (e.g. chemistry, physics, and biosciences) and different subjects (e.g. quantum mechanics, plasma physics, statistical mechanics, and electromagnetism) to describe ion-molecule processes and their importance in many chemical environments, including planetary atmospheres and interstellar space.
Assessment: written
Literature:
G.A. Eiceman, Z. Karpas, H. H. Hill „Ion Mobility Spectrometry” - ISBN: 9781138199484 (CRC Press 2016), - 444 pages.
A. M. Ellis and C. A. Mayhew “Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry: Principles and Applications - ISBN: 978-1-4051-7668-2 (Wiley 2014)” 350 pages.
Univ.-Prof. Dr. Christopher A. Mayhew
Type/Hours: ECTS-AP: 5
Mode of repetition: semestral
Language of instruction: English
Learning Outcome:
To introduce state-of-the-art soft chemical ionisation mass spectrometric (SCIMS) techniques, namely; Proton Transfer Reaction – Time-of-Flight – Mass Spectrometry (PTR-ToF-MS), Selected Ion Flow Tube – Mass Spectrometry (SIFT-MS) and Ion Mobility Spectrometry (IMS)
Compare SCIMS to more standard mass spectrometric analytical techniques including the “gold-standard” of analytical chemistry; namely Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS) – advantages and disadvantages
To provide a framework for gaining a knowledge and an understanding on the use of reagent ions as sensitive and selective analytical probes for use in many areas of analytical chemistry – interdisciplinary and intersectoral perspectives
Comparison of SCIMS to more standard mass spectrometric analytical techniques including the “gold-standard” of analytical chemistry; namely Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS) – advantages and disadvantages
To provide a major practical hands-on research project within the Institute for Breath Research using state-of-the-art PTR-MS instruments – students will become proficient in using PTR-MS and in the analysis of the mass spectrometric data obtained:
- putting the context of the lectures into real-world applications
- gaining experience of working in a research environment (team and independent work)
- gaining skills in the use of using state-of-the-art soft chemical ionisation mass spectrometric and analysis techniques (An Ionicon Analytik GmbH PTR-TOF 6000 X2)
- developing experimental, critical thinking and analytical skills
- gaining experience in writing and presenting scientific reports
Contents:
1. Lecture Material
Analytical performance of a SCIMS instrument-Ions as Sensitive Analytical Probes to the Environment
Accuracy and precision, Sensitivity, Limits of detection, Mass accuracy, Selectivity, Use of ion-molecule reaction rate coefficients to determine compound concentration
Principles of Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry
Non-dissociative and dissociative proton transfer, Operational principles, Soft ionisation versus electron impact ionisation, Determining concentrations, Selectivity
Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry and the Reduced Electric Field
Residence times, Mean drift velocities, Collisional energies (Wannier equation) and effective temperatures, Sensitivity, Limits of detection
Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry: Improving Selectivity and Response Time
Selectivity of PTR-MS – methods employed to improve selectivity, Response Time of Measurements with PTR-MS – changing reagent ions, Latest PTR-MS developments
Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometry (SIFT-MS)
Operational principles, Determining absolute rate coefficients, Use in trace gas analysis – commercialisation of SIFT-MS, Advantages and disadvantages of SIFT-MS
Ion Mobility Spectrometry (IMS)–Principles and Methods
Operational principles, Mobility coefficient, Mean drift velocity, Reagent ion peak, IMS spectra, Ionisation sources, IMS-MS, Applications of IMS, Advantages and disadvantages of IMS
Ion Mobility Spectrometry (IMS)-Positive Ion Mode
Reagent ion formation, Applications (CWAs and Drugs)
Ion Mobility Spectrometry (IMS)-Negative Ion Mode
Reagent ion formation, Applications (Explosives), Electron attachment investigations – IMS and swarm measurements
IMS and Improved Selectivity
Dopants, GC-IMS, Collisional Induced Dissociation, High Kinetic Energy Ion Mobility Spectrometry
Soft Chemical Ionisation Mass Spectrometry and Atmospheric Chemistry
The biosphere, Plant studies and influences on the atmosphere, Chamber studies, Emission monitoring, Biomass burning, Airborne and shipborne measurements
Soft Chemical Ionisation Mass Spectrometry and Food Science
Mass spectral fingerprinting, Flavour release and perception, Food classification, Food freshness and ripening
Soft Chemical Ionisation Mass Spectrometry and Homeland Security
Thermal desorption PTR-MS, Explosive detection with PTR-MS
Soft Chemical Ionisation Mass Spectrometry and Health Sciences
Breath analysis, Urine analysis, Skin emanations, Endogenous verses exogenous volatile sources, PTR-MS and breath research, Volatiles and breath tests in clinical practice
Electronic Sensors–Future Directions
Chemical recognition by chemical gas sensors
2. Research Project (5 days)–Applications of PTR-MS to Breath Analysis
Extensive training on the operation of the state-of-the-art PTR-ToF-MS (an Ionicon Analytik GmbH PTR-TOF 6000 X2) and analyses of data.
Measure the breath concentrations (VMRs) of key volatiles in breath, Calculate the breath concentrations and compare to measured values, Investigate temporal changes of breath volatile concentrations (pharmacokinetics)
Methods:
Lectures and Experimental Work (taught in English)
To provide a series of tutorial style lectures drawing together and developing concepts from various disciplines (e.g. chemistry, physics, and biosciences) and different subjects (e.g. quantum mechanics, plasma physics, statistical mechanics, and electromagnetism) to describe the applications of ion-molecule processes for use in gas-phase analytical chemistry.
Assessment: written
Literature:
G.A. Eiceman, Z. Karpas, H. H. Hill „Ion Mobility Spectrometry” - ISBN: 9781138199484 (CRC Press 2016), - 444 pages.
A. M. Ellis and C. A. Mayhew “Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry: Principles and Applications - ISBN: 978-1-4051-7668-2 (Wiley 2014)” 350 pages.
Requirements:
VO Fundamentals of Chemical Ionisation Mass Spectrometry
Priv.-Doz. Dr. Rania Bakry
Univ.-Prof. Dr. Christopher A. Mayhew
Typ/Stunden: VU 1
ECTS-AP: 1,5
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Grundlegende Kenntnisse im Bereich der forensisch-toxikologischen Analyse im Speziellen von Methoden zur Extraktion und des Nachweises von verbotenen Substanzen in Substanzproben und humanen Proben.
Inhalt:
Überblick über das Fach "Forensische Toxikologie", Einführung in die moderne chemische Analytik von verbotenen Substanzen (LC-MS, GC-MS), Analyse von Realproben (Substanzproben, humane Proben), Interpretation der Analysenergebnisse
Methoden:
Vorstellung des Faches "Forensische Toxikologie" und der verwendeten Analysenmethoden anhand von konkreten Anwendungsbeispielen, Praktisches Arbeiten im Labor einschließlich Diskussion der Ergebnisse
Prüfungsmodus:
Mitarbeit in der Veranstaltung, Protokoll/Bericht und Präsentation der Analysenergebnisse
Literatur: Wird im Rahmen der ersten Lehrveranstaltung besprochen
Anmerkungen:
Änderungen vorbehalten.
Unterrichtssprache: Deutsch/Englisch
Beginn: 05.10.2023
Zeit,Ort: Practical course: Monday 08.01.2024 / Friday 02.02.2024, tbd
Assistenz-Prof. Dr. Veronika Ruzsanyi,
Sven Arne Philipp Schiller, BSc, MSc, PhD.,
Valentina Stock, MSc.,
Typ/Stunden: PR 5
ECTS-AP: 5
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Die Studierenden erlangen ein profundes Wissen über alle gängigen Analysenmethoden. Sie erwerben die Fähigkeit dieses Wissen in realen Problemstellungen selbständig anzuwenden unter Berücksichtigung der Stärken und Grenzen der Anwendbarkeit der einzelnen Methoden. Sie erlangen die Fähigkeit eine maßgeschneiderte Analysenmethode für eine spezifische Problemstellung zu etablieren und die daraus gewonnenen Ergebnisse auszuwerten und zu interpretieren
Inhalt:
Literatursuche und Auswahl geeigneter Methoden für ein vorgegebenes analytisches Problem, Ausgewählte praktische Beispiele aus den Gebieten der Umwelt-, Lebensmittel-,Bio-, Polymer- und industriellen Analytik unter Literatursuche und Auswahl geeigneter Methoden für ein vorgegebenes analytisches Problem, ausgewählte praktische Beispiele aus den Gebieten der Umwelt-, Lebensmittel-,Bio-, Polymer- und industriellen Analytik unter Anwendung elektrophoretischer, chromatographischer, elektrochemischer, atomspektroskopischer und molekülspektroskopischer Analysenmethoden, gekoppelte Methoden, Aufarbeitung und Probenvorbereitung von Realproben, Datenauswertung und Methodenvergleich
Methoden: Praktikum in kleinen Gruppen
Prüfungsmodus: erfolgreiche Absolvierung der Aufgaben; Abschlussprotokoll
Anmerkungen:
verpflichtende Anmeldung über LFU:online!
Anm.: die Zulassungsvoraussetzungen lt. Studienplan müssen erfüllt sein!
Assistenz-Prof. Dr. Veronika Ruzsanyi
Typ/Stunden: VO1
ECTS-AP: 1
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Die Studierenden erwerben fortgeschrittene Kenntnisse über die diversen Messprinzipien auf dem Gebiet der Sensorik
Inhalt:
Aufbau, Messprinzip und Anwendungen von verschiedenen Sensortypen (Prinzipien elektrochemischer Sensoren, verschiedener Typen von Gassensoren, Biosensoren, optische Sensoren, moderene Entwicklungen wie z.B. Feldeffekt Transistoren und Sensorarrays. Miniaturisierung)
Anmerkung:
Beginn: 2. Semesterhälfte, Sonderanschlag
Anmeldung zur Lehrveranstaltung erforderlich
Assistenz-Prof. Dr. Veronika Ruzsanyi,
Franziska Maria Lochmann, MSc,
Typ/Stunden: PR4
ECTS-AP: 5
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Die Studierenden erwerben grundlegende Kenntnisse der Probenvorbereitung und der Instrumentalanalytik. Die Studierenden sind in der Lage, Messdaten richtig auszuwerten und zu interpretieren. Die Studierenden erwerben fachübergreifende Schlüsselkompetenzen in Teamfähigkeit sowie mündlicher und schriftlicher Kommunikationsfähigkeit.
Inhalt:
Vermittlung von Grundkenntnissen in der Probenvorbereitung und der instrumentellen Analytik, Anwendung der HPLC, GC, Voltammetrie, Extraktionsverfahren, UV/VIS-Spektroskopie, Atomspektroskopie (AAS und FES) zur Analyse von Realproben.
Methoden:
praktischer Kurs im Labor in kleinen Gruppen
Anmerkungen:
verpflichtende Anmeldung über LFU:online!! Anm.: die Zulassungsvoraussetzungen lt. Studienplan müssen erfüllt sein!
Assistenz-Prof. Dr. Veronika Ruzsanyi,
Anesu Andrew Chawaguta, MSc,
Franziska Maria Lochmann, MSc,
Typ/Stunden: PR4
ECTS-AP: 5
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Die Studierenden erwerben grundlegende Kenntnisse der Probenvorbereitung, gravimetrischer und titrimetrischer Analysenverfahren. Die Studierenden sind in der Lage, Messdaten richtig auszuwerten und zu interpretieren. Die Studierenden erwerben fachübergreifende Schlüsselkompetenzen in Teamfähigkeit sowie mündlicher und schriftlicher Kommunikationsfähigkeit.
Inhalt:
Analytische Grundoperationen (Volumsmessung, Wägung, Fällung, Filtration, Aufschluss, Glühen), Sicherheit und Qualitätskontrolle im analytischen Labor, gravimetrische und titrimetrische Bestimmungen (Neutralisation, Redoxmaßanalyse, Komplexometrie), Endpunktsanzeige mit Farbindikation und instrumentell (Fotometrie, Ca-selektive Elektrode, pH-Elektrode, Leitfähigkeitsmessung), statistische Auswertung von Messdaten.
Methoden:
praktische Übungen im Labor.
Anmerkungen:
verpflichtende Anmeldung über LFU:online!! Anm.: die Zulassungsvoraussetzungen lt. Studienplan müssen erfüllt sein!
Assistenz-Prof. Dr. Veronika Ruzsanyi
Typ/Stunden: VO2
ECTS-AP: 2,5
Rhythmus: Block
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
- Grenzwerte und Gesundheitsgefahren von Luftschadstoffen einzuschätzen und zu beschreiben.
- Probenahmetechniken und Probenvorbereitung für die Gasanalytik durchzuführen, einschließlich Probenanreicherung.
- verschiedene Analysen- und Detektionsmethoden wie Gaschromatographie, Massen-spektrometrie, Ionen-Molekül-Reaktion in der Gasphase und Ionenmobilitäts-Spektrometrie zu verstehen und zu beschreiben, einschließlich der Anwendung von Gassensoren für die Rauchgasanalyse, Atemgasanalyse, Lebensmittelindustrie, Ar-beitsplatzüberwachung, toxische Gase, Explosionsstoffe und Metabolomics.
Inhalt:
Luftschadstoffe (Entstehung, Grenzwerte, Gesundheitsgefahren), Probenahmetechniken, Probenvorbereitung, Probenanreicherung in der klassischen Gasanalytik, Gaschromatographie, Detektionsmethoden, on-line/off-line-Analytik, Massenspektrometrie, Ionen-Molekül-Reaktion in der Gasphase, Ionenmobilitäts-Spektrometrie, Gassensoren, Anwendungen (Rauchgasanalyse, Atemgasanalyse, Lebensmittelindustrie, Arbeitsplatzüberwachung, toxische Gase, Explosionsstoffe, Metabolomics).
Methoden:
Vorlesung mit praktischen Beispielen
Prüfungsmodus:
schriftliche Prüfung
Sven Arne Philipp Schiller, BSc, MSc, PhD.
Typ/Stunden: SE2
ECTS-AP: 2,5
Wiederholungsturnus: 2-Jahresrhythmus
Unterrichtssprache: Englisch
Lernergebnis:
Die Studierenden sind in der Lage, naturwissenschaftliche Literatur zu finden, zeiteffizient zu erfassen, objektiv zu bewerten und wiederzugeben. Die Studierenden können auf Basis der verfügbaren Literatur und eigener Untersuchungen eigenständig naturwissenschaftliche Texte verfassen und so die Inhalte ihre Forschung kommunizieren.
Inhalt:
Das Seminar befasst sich mit den wesentlichen Bestandteilen der wissenschaftlichen Arbeit und des Verfassens naturwissenschaftlicher Texte. Dazu gehören unter anderem die Suche relevanter Literatur sowie das Lesen, Verstehen und Bewerten naturwissenschaftlicher Veröffentlichungen. Die gemeinsam erarbeiteten Inhalte werden dabei von den Studierenden während des Seminars anhand von kurzen Übungen angewendet und gefestigt. Zum Abschluss des Seminars soll von den Studierenden eine kurze Seminararbeit verfasst werden welche die erworbenen Fähigkeiten demonstriert.
Methoden:
PowerPoint-Vortrag, Diskussion, Übungen, Kurzpräsentationen (Studierende), Seminararbeit
Anmerkungen: keine
Emma Erharter
Andreas Mair, BSc
Sven Arne Philipp Schiller, BSc, MSc, PhD.
Dipl.-Ing. Dr. Peter Thoman, Bakk.
Mirte Van der Eyden, MSc
Typ/Stunden: VU 3
ECTS-AP: 3
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Der Brückenkurs Mathematik richtet sich in erster Linie an StudienanfängerInnen in den Studienrichtungen Informatik, Physik und Technische Mathematik und Lehramt Informatik, Mathematik und Physik. Die Teilnahme wird StudienanfängerInnen nahegelegt. Der Brückenkurs Mathematik soll
- den oftmals steilen Einstieg in ein Informatik-, Mathematik- oder Physikstudium erleichtern,
- einen Einblick in den Ablauf eines Informatik-, Mathematik- oder Physikstudiums bieten,
- eine Auffrischung mathematischer Grundlagen ermöglichen,
- die eigenen Erwartungen im Bezug auf das gewählte Studium mit den Anforderungen abgleichen,
- Tipps zum Studienbeginn bereitsstellen,
- die Möglichkeit bieten, Studienkolleginnen und Studienkollegen kennenzulernen und bereits vorab Lerngruppen zu bilden.
Datenschutzhinweis:
LV wird aufgezeichnet.
Anmerkungen:
Die ECTS für diese LV können nicht für "Interdisziplinäre Kompetenzen" verwendet werden.
Beginn: siehe Termine
Anesu Andrew Chawaguta, MSc,
assoz. Prof. Mag. Dr. Markus Ganzera
David Glänzer, MSc
Mag. Thomas Hasenöhrl
Alessandro Marotto, MSc
Mag. Dr. Lisa Schwaiger
Mag. David Seher, BSc Mag.
Ferenc Török, MSc
Mag. Lorenz Waltl
Typ/Stunden: UE 4
ECTS-AP: 4
Wiederholungsturnus: jährlich
Unterrichtssprache: Deutsch
Lernergebnis:
Die Studierenden beherrschen wichtige Arzneibuchmethoden der Pharmakognosie, unter Berücksichtigung der Probennahme und Probenvorbereitung, und können diese unter Zuhilfenahme relevanter Trenn- und Analysetechniken auch praktisch anwenden.
Inhalt:
Praktische Anwendung der in der Vorlesung besprochenen Vorschriften und Methoden, mit dem Fokus auf allgemeine, für die Pharmakognosie relevante Verfahren (Bestimmung von Asche, Kennzahlen fetter Öle etc.)
Methoden:
Praktische Übungen im Labor
Prüfungsmodus: Mündliche Prüfung während des Laborbetriebes sowie Bewertung der abgegebenen Analysenergebnisse
Literatur: *Europäisches Arzneibuch
*Österreichisches Arzneibuch
*Pharmakognosie-Phytopharmazie (Hänsel, Sticher; Springer Verlag, Heidelberg)
*Analytik biogener Arzneistoffe (Adam, Becker; Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart)
*Instrumentelle pharmazeutische Analytik (Rücker, Neugebauer, Willems; Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart)
Anmerkungen: Änderungen vorbehalten.
Beginn: 2.10.2023