Information theory applied to qualitative analysis

Summary Fundamental aspects of information theory and its usefulness for qualitative analysis are discussed in view of the applications described so far in the literature. General expressions for the uncertainty, information, equivocation and information content are described and related to the more commonly used expressions of the information parameters.It is shown that the information content (or equivocation) can serve — with certain restrictions — as an important criterion for the evaluation, selection or optimization of analytical procedures.The information theoretical concepts are easy to apply to one-channel identification or classification procedures. However, when multi-channel procedures (combinations of one-channel procedures) are involved, a straightforward use of information theory is to a large extent restricted by the excessive computations. Therefore, the further development of simple methods for the calculation of reliable estimates of information contents and of optimization strategies enabling the calculation of only small numbers of information contents, is of great importance for the future use of information theory in qualitative analysis.

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Anwendung der Informationstheorie in der qualitativen Analyse

Zusammenfassung Grundlegende Aspekte der Informationstheorie und ihre Anwendbarkeit für die qualitative Analyse werden unter Berücksichtigung der bisher in der Literatur beschriebenen Anwendungen besprochen. Allgemeine Ausdrücke für Unsicherheit, Information, Äquivokation und Informationsgehalt werden beschrieben und ihre Beziehung zu den gebräuchlicheren Ausdrücken für die Informationsparameter wird angegeben.Es wird gezeigt, daß der Informationsgehalt (oder die Äquivokation) — unter bestimmten Bedingungen — als ein wichtiges Kriterium für die Auswertung, Selektion oder Optimierung von analytischen Verfahren dienen kann.Die Grundlagen der Informationstheorie können auf einfache Weise für einkanalige Identifizierungsoder Klassifizierungsverfahren angewendet werden. Wenn es sich jedoch um mehrkanalige Verfahren (Kombinationen von Einkanal-Verfahren) handelt, wird die Anwendung der Informationstheorie in hohem Maße durch übermäßige Berechnungen begrenzt.Die weitere Entwicklung von einfachen Verfahren für die Berechnung zuverlässiger Schätzungen von Informationsgehalten und von Optimierungsstrategien, die die Berechnung einer beschränkten Anzahl von Informationsgehalten erfordern, ist deshalb von großer Wichtigkeit für die künftige Anwendung der Informationstheorie in der qualitativen Analyse.

     

A partially mechanized system for the combustion of organic samples in a stream of oxygen with quantitative recovery of the trace elements

Summary A partially mechanized apparatus made of quartz (Trace-0-Mat) is described that permits the complete mineralization of up to 1 g of organic or biological solid samples. The combustion takes place in pure oxygen in a very small burning chamber (ca. 75 cm³) to subsequently determine metallic and nonmetallic trace elements (1 ng/g) with high reliability. The controllable incineration is started with an IR-radiator system. All volatile trace elements (e.g. Hg, Se, Te, As, Sb, I) are condensed together with the products of the combustion process in a cooling system filled with liquid nitrogen that is mounted on top of the burning chamber. Subsequent refluxing with a suitable acid in a quartz test tube mounted below the burning chamber collects both the volatilized elements from the cooled areas and nonvolatile elements in the ashing residue. The volume of the acid is about 2 ml.The recoveries of the elements following the decomposition process that takes 50–60 min for one sample was checked using 7 NBS-Standard Reference Materials for the elements B, Cr, Cu, Fe, Mn, Zn (ICP-emission spectrometry), Cd, Pb (ETA-AAS), Hg (AAS-cold vapor technique), As (AAS-hydride method) and Se (XRF). Very good agreement with the certified values was observed. This furnished evidence that this new and very general decomposition method is not only poor in blanks but also avoids substantially losses of the elements to be determined by volatilization, adsorption or even baking in the quartz surface. The easy handling of the apparatus offers the best premises for a reliable determination of trace elements in the g/g and ng/g range in most non-volatile organic matrices.

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Teilmechanisiertes System zur Verbrennung organischer Proben im Sauerstoffstrom mit quantitativer Wiedergewinnung der Spurenelemente

Zusammenfassung Ein teilmechanisiertes aus Quarz bestehendes System (Trace-0-Mat) wird beschrieben, das die vollständige Mineralisation fester organischer oder biologischer Proben bis zu Mengen von 1 g gestattet. Die Verbrennung findet dabei in reinem Sauerstoff in einer sehr kleinen Verbrennungskammer (etwa 75 cm³) statt, so daß anschließend die metallischen und nichtmetallischen Spurenelemente mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden können. Die steuerbare Veraschung wird durch ein System von IR-Strahlern gestartet. Alle flüchtigen Spurenelemente (z. B. Hg, Se, Te, As, Sb, I) werden zusammen mit den Verbrennungsprodukten in einem Kühlsystem kondensiert, das mit flüssigem Stickstoff gefüllt und über der Verbrennungskammer angeordnet ist. Die sich an den gekühlten Flächen befindlichen flüchtigen sowie die in der Asche vorhandenen nichtflüchtigen Elemente werden durch Rückflußbehandlung mit einer kleinen Säuremenge (2 ml) gelöst und in einem Quarzglas unterhalb der Verbrennungskammer gesammelt.Die Wiederfindung der Elemente nach dem Aufschlußprozeß (50–60 min) wurde mit Hilfe von 7 NBS-Referenzmaterialien für folgende Elemente geprüft: B, Cr, Cu, Fe, Mn, Zn (ICP-Emissionsspektrometrie), Cd, Pb (ETA-AAS), Hg (AAS-Kaltdampftechnik), As (AAS-Hydridmethode) und Se (Röntgenfluorescenz). Es ergab sich sehr gute Übereinstimmung mit den zertifizierten Werten. Diese neue und sehr allgemein anwendbare Aufschlußmethode weist nicht nur geringe Blindwerte auf, sondern vermeidet auch wesentliche Verluste der zu bestimmenden Elemente durch Verflüchtigung, Adsorption oder Zusammenbacken an der Quarzoberfläche. Durch die einfache Handhabung der Apparatur ist eine zuverlässige Bestimmung von Spurenelementen im g/g- und ng/g-Bereich für die meisten nichtflüchtigen organischen Matrices gewährleistet.

     

KOH/t-Butanol, eine wertvolle Alternative bei der Ma?analyse sehr schwacher S?uren

Zusammenfassung Ein neues Verfahren zur Bestimmung von Wasser in organischen Lösungsmitteln (auch in Spuren) wird beschrieben. Die Solvatochromie des Pyridiniumphenolbetains E _T30, die über eine einfach auszuführende UV-Absorptionsmessung bestimmt wird, ermöglicht zusammen mit einer zwei-Parameter-Gleichung eine exakte Wasserbestimmung in organischen Lösungsmitteln als Schnelltest und stellt damit eine Alternative zur Karl-Fischer-Titration dar.

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A new, uncomplicated procedure for the determination of small concentrations of water in organic solvents

Summary A new procedure for the determination of water (even in trace amounts) in organic solvents is described. The solvatochromism of the pyridiniumphenol betaine, E _T30, determined by a simple UV-absorption measurement, together with a two-parameter equation, permits an exact determination. The procedure is rapid and is, therefore, an alternative to the Karl-Fischer titration.

Herrn Prof. Dr. C. Rüchardt wird für die Unterstützung gedankt.     

Central limit theorem and weak law of large numbers with rates for martingales in Banach spaces

This paper is concerned with large-$\text{O}$ error estimates concerning convergence in distribution as well as norm convergence for Banach space-valued martingale difference sequences. Indeed, two general limit theorems equipped with rates of convergence for such difference sequences are established. Applications of these lead to the central limit theorem and the weak law of large numbers with rates for Banach space-valued martingales.     

Electrothermal AAS studies of Sm, Eu, Dy, and Er separated from uranium

Summary Studies were conducted on the assay of Sm, Eu, Dy and Er separated from uranium using aqueous standards by electrothermal AAS with Massmann type graphite furnace. The working curves were found to be linear in the ranges Sm (1–10 g/ml), Eu (0.05–0.6 g/ml), Dy (0.1–0.8 g/ml) and Er (0.1–1.0 g/ml). The values obtained for synthetic samples agreed favourably with those obtained by emission spectrographic method. Experiments using pyrolytic carbon coated tubes with and without pretreatment by La, Ta and Y have shown an enhancement with treatment upto a maximum of 15% and improve the memory effect marginally. The effect of Ta treatment was found to be singularly useful in improving the general behaviour of Sm. The interference effects of lanthanides, other than the analyte, were found to be negligible. However, the presence of uranium was found to affect the absorbance. The absorbance of Eu was found to be nearly independent of uranium after an initial increase. On the other hand, the absorbance of other elements studied was found to drastically decrease after an initial enhancement. Detailed investigations of temperature dependence of absorbance were carried out using Eu, Dy and Er. The differences in the behaviour of these elements is attributed to probable differences in the modes of their atomization.

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Untersuchung von aus Uran abgetrenntem Samarium, Europium, Dysprosium und Erbium durch elektrothermische Atomabsorptions-Spektralphotometrie

Zusammenfassung Die Untersuchungen wurden mit Hilfe des Graphitrohrofens nach Maßmann durchgeführt. In folgenden Bereichen ergaben sich lineare Eichkurven: Sm 1–10 g/ml, Eu 0,05–0,6 g/ml, Dy 0,1–0,8 g/ml, Er 0,1-1,0 g/ml. Die aus synthetischen Proben erhaltenen Ergebnisse stimmten gut mit den durch Emissionsspektrographie erhaltenen überein. Versuche wurden mit Röhren mit pyrolytischen Kohlenstoffüberzug mit und ohne Vorbehandlung durch La, Ta und Y durchgeführt und ergaben eine bis 15%ige Steigerung durch die Behandlung sowie eine mäßige Besserung des Memoryeffektes. Eine Behandlung mit Ta war besonders für Sm vorteilhaft. Störungen durch andere Lanthanide waren vernachlässigbar. Uran beeinflußte jedoch die Absorption. Im Falle von Eu zeigte sich nach anfänglicher Zunahme fast eine Unabhängigkeit, während bei den anderen untersuchten Elementen nach anfänglicher Zunahme eine beträchtliche Abnahme auftrat. Mit Eu, Dy und Er wurde ebenfalls die Temperaturabhängigkeit der Absorption untersucht. Festgestellte Unterschiede im Verhalten werden auf unterschiedliche Atomisierung zurückgeführt.

     

A study of the headgroup motion of sphingomyelin using 31P NMR and an analytically soluble model

A 31P NMR investigation has been carried out of the headgroup dynamics of sphingomyelin molecules in bilayers for the L alpha and L beta' phases. The resulting line shapes have been analysed in terms of a reduced-parameter model, using van Faassen's method for obtaining an analytic solution to first-order stochastic differential equations to simulate the line shapes of oriented and non-oriented samples. Our treatment results in good fits to measured data but using fewer parameters than traditional methods. Angles and correlation times (tau parallel and tau perpendicular) describing the geometry and dynamics of the headgroup are obtained by optimising the agreement between simulated and experimental data. The results are contrasted with those obtained for the lecithins DMPC and DPPC using a similar analysis. Not only are tau parallel and tau perpendicular now equal in value for the L alpha phase, but this value is also found to be nearly four times larger than the longest correlation time for the lecithins. We interpret this as evidence of inter- and intramolecular hydrogen bonding in the L(alpha) phase of sphingomyelin. In the L beta' phase of sphingomyelin, however, although tau(parallel) and tau(perpendicular) remain equal their value is now 32% smaller than that of the lecithins in the same phase. This indicates less difference between the fluidities in the headgroup region of the two phases of sphingomyelin as compared to that of the lecithins. Another significant difference between the L beta' phases is that the tilt angle for sphingomyelin is found to be nearly twice as large as for the lecithins. We argue that these combined observations point to the existence of hydrogen bonding in this phase also. Again in contrast to our previous work on lecithins, our results provide evidence of a negative diamagnetic anisotropy in sphingomyelin molecules, even in the L beta' phase. This is provided for in our model by the assumption that our unoriented samples consist of prolate ellipsoidal liposomes whose major axes are oriented parallel to the static magnetic field. The apparently different diamagnetic behaviour of sphingomyelin in the present work is due to the higher static field used rather than any intrinsic difference in this respect between sphingomyelin and the lecithins DMPC and DPPC.     

Effect of aerosil dispersions on the nematic-to-isotropic interface

The effect of silica aerosils on the kinetics of the first-order nematic-isotropic (NI) phase transition is phenomenologically described in the framework of the time-dependent Landau-Ginzburg equation. A steady-state solution to the equation is presented such that the NI interface may propagate with a solitary-like wave profile under constant quenching. The results provide a plausible basis for the interpretation of the dynamical effects of quenched disorder in the liquid-crystal systems, caused by randomly interconnected porous media, such as aerosils. In the low silica aerosil ρ_s ( ≤0.1 g/cm^3) regime, the calculated values of the interface velocity v(T,ρ_s), the interface thickness κ(T,ρ_s), and the critical radius of a spherical nucleus of new nematic phase in a bulk isotropic environment, composed of polar molecules, such as 4-n-octyl- 4^′- cyanobiphenyl and 4-n-heptyl- 4^′- cyanobiphenyl shows that the effect of silica aerosils on the kinetics is reflected in a shifting of the set of temperature-dependent curves to lower temperature values.-1     

Characterization of the smectic-A-hexatic-B transition in 65OBC by adiabatic scanning calorimetry

We investigated the smectic-A-hexatic-B (SmA-HexB) transition in the liquid-crystal n-hexyl-4-n-pentyloxybiphenyl-4-carboxilate (65OBC) with adiabatic scanning calorimetry. We were able to prove in a direct way that this transition is indeed very weakly first order, as was already suggested in the literature. The latent heat at the transition was determined to be H_L = 0.04±0.02 J/g. Our experiments confirm the high value for the heat capacity critical exponent earlier reported, yielding = 0.64±0.05.     

Pearling instabilities in water-dispersed copolymer cylinders with charged brushes

We investigate the structural behavior of a poly(styrene)-block-poly(acrylic acid) diblock copolymer which forms hexagonally-packed PS cylinders (C-phase) in the melt state. The water dispersion of this structure provides hairy cylinders which comprise a PAA swollen cylindrical brush with a height h tunable via its degree of ionization and the ionic strength in the solution, and a water-free, PS cylindrical core of constant radius R_C. Such system constitutes an out-of-equilibrium frustrated model system: the selective swelling of the PAA brush results in a frustration of the interface curvature, which the ratio h/R_C allows to quantify. Upon heating at a temperature higher than the glass transition temperature of the PS core, the glassiness of the core is relieved and the mechanical constraints arising from the selective swelling of the structure can be relaxed: the cylinders undergo a cylinder-to-sphere transition upon annealing at high temperature, when above a frustration threshold h/R_C 1.8. Thanks to a careful mapping of the transition diagram, an undulating cylindrical morphology (UC) is identified between unchanged cylinders ( h/R_C 1.8) and spheres ( h/R_C 2.0), which appears to result from a Rayleigh-like pearling instability of the copolymer cylinders.