Kleine Bäche umfassen den größten Teil der Fließstrecke und des Einzugsgebiets in Gewässernetzen. Sie sind eng mit ihrem Einzugsgebiet verbunden und reagieren empfindlich auf Änderungen des Wasserhaushalts und der Landnutzung. Trotz ihrer geringen wirtschaftlichen Bedeutung sind diese Bäche entscheidend für den ökologischen und chemischen Zustand größerer Gewässer. Obwohl zahlreiche Studien die Auswirkungen anthropogener Stressoren oder Umweltveränderungen untersuchen, mangelt es am Verständnis der natürlichen Bedingungen und Prozesse, welche jedoch die Reaktion eines Baches auf anthropogene oder klimatische Veränderungen entscheidend beeinflussen. Eine der größten Bedrohungen für aquatische Ökosysteme ist der übermäßige anthropogene Eintrag von Nährstoffen. Nährstoffe steuern Nahrungsnetze in erster Linie über die Primärproduzenten und ihre Konsumenten, in kleinen Bächen Periphyton und Grazer. Die Periphyton-Grazer-Interaktion ist der Hauptpfad der autochthonen Produktion in das Nahrungsnetz, und die Stärke dieser Interaktion bestimmt weitgehend die ökologischen Auswirkungen von Nährstoff-einträgen. Daher zielt diese Arbeit darauf ab, wichtige biologische Prozesse der Periphyton-Grazer-Interaktionen zu beleuchten. Ich untersuchte verschiedene Aspekte der Periphyton-Grazer-Interaktionen anhand von Laborexperimenten mit Fokus auf methodischen Fragen und einer Feldstudie, in der ich die benthischen Gemeinschaften drei morphologisch ähnlicher, Phosphor limitierter, natürlicher kleiner Bächen verglich. Mit dem Laborexperiment zur Periphyton-Wachstumsrate konnte ich zeigen, dass das RNA/DNA-Verhältnis von Periphyton als Proxy für dessen Wachstumsrate in kontrollierten Experimenten verwendet und somit dieser wichtigen Prozesses in ökotoxikologische oder ökologische Experimente einbezogen werden kann. Des Weiteren konnte ich zeigen, dass die Fettsäurezusammensetzung von Eintagsfliegen-larven auf Veränderungen der in der Nahrung enthaltenen Fettsäuren innerhalb von zwei Wochen reagiert. Diese schnelle Anpassung der Fettsäurezusammensetzung der Konsumenten zeigt, dass selbst kurzfristige Änderungen der verfügbaren Primärproduzenten wichtige Auswirkungen auf die Versorgung höherer trophischer Ebenen mit physiologisch wichtigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren haben. Mit den Ergebnissen der Feldstudie habe ich Lücken im Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Phosphorverfügbarkeit im Einzugsgebiet und im Bach unter naturnahen Bedingungen aufgedeckt und gezeigt, dass scheinbar vergleichbare Bäche signifikant unterschiedliche benthische Gemeinschaften aufweisen. Diese Unterschiede wirken sich höchstwahrscheinlich auf die Reaktion der Bäche auf zukünftige Änderungen aus.

In diesem Bericht wird der Einsatz von drahtlosen Sensornetzen zur Temperaturmessung in Fließgewässern untersucht. Es wird dargestellt, inwieweit solche Netze als Bindeglied zwischen Fernerkundung und stationären Sensoren eingesetzt werden können. Es werden die Anforderungen an Sensornetze für die Anwendung Gewässermonitoring ermittelt und eine prototypische Realisierung von Netzknoten für ein solches Sensornetz dargestellt. Als Ergebnis dieser Arbeit werden die Genauigkeit von Temperaturmessungen mit solchen Sensorknoten im Vergleich zu einem Temperaturlogger als Referenzsystem dargestellt. Die Messungen zeigen, dass eine vergleichsweise gute Messgenauigkeit zu geringen Kosten erreichbar ist. Durch Weiterentwicklung des hier dargestellten Prototypen steht für die Temperaturüberwachung in Gewässern ein vielversprechendes und kostengünstiges neues Messinstrument zur Verfügung. Dieses kann auf der einen Seite in tieferen Regionen Gewässertemperaturen messen, als dies mit Fernerkundung möglich ist, und auf der anderen Seite eine höhere räumliche Auflösung als stationäre Messstationen erreichen. Zusätzlich dienen die Literaturrecherche und die Formulierung der Kriterien einer Eingrenzung des Anwendungsbereichs für weiterführende Arbeiten.

Ziel der Studienarbeit war es, mit der Kamera aus der Wii-Fernbedienung die Kopfbewegungen eines Menschen anhand von Infrarot-LEDs bestimmen zu können. Daraus sollte dann die Blickrichtung des Menschen ermittelt und in einem kleinen Demonstrationsprogramm dargestellt werden. Besondere Herausforderung dabei war das mathematische Problem zur Errechnung der Kopfbewegung. Der erste Ansatz scheiterte, da sich die einzelnen Bewegungen gegenseitig bedingten. Deshalb wurde als Lösungshilfe der POSIT-Algorithmus von DeMenthon hinzugezogen. Er macht es möglich von einem bekannten Objekt die Rotationsmatrix zu bestimmen. Daraus können dann die einzelnen Drehungen des Kopfes berechnet werden. Der OpenGL-Raum ist natürlich nur ein Beispiel für eine Anwendung des Programms. Man könnte es auch für viele andere Anwendungen benutzen, wie beispielsweise für Flugsimulationen. Außerdem wird die Möglichkeit geboten, das LED-Objekt zu ändern und gegebenfalls zu optimieren. Durch die zusätzliche Ausgabe der Translation ist dieses Programm außerdem sehr gut für Weiterentwicklungen geeignet.

Bei einigen Arzneimittel (z.B. Antibiotika, Kontrastmittel, Betablocker) wird ein Teil des Wirkstoffs unmetabolisiert ausgeschieden und gelangt so über das Abwasser in kommunale Kläranlagen. Studien haben gezeigt, dass viele dieser Wirkstoffe durch eine konventionelle Abwasserbehandlung nicht effektiv abgebaut werden und somit in Oberflächengewässern nachweisbar sind. Eines der effektivsten Verfahren zur Entfernung organischer Mikroverunreinigungen und Mikroorganismen ist die Umkehrosmose. Ein bedeutender Nachteil dieses Verfahrens ist die Entsorgung der anfallenden Konzentrate, die erhöhte Konzentrationen von Mikroverunreinigungen und Mikroorganismen enthalten können. Dabei ist nicht auszuschließen, dass eine direkte Einleitung dieser Konzentrate das Ökosystem eines Gewässers schädigt. Um dieses Risiko zu minimieren, wäre eine gesonderte Behandlung des Konzentrats vor der Einleitung sinnvoll. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Ozonung als mögliches Oxidationsverfahren untersucht. Die untersuchten Konzentratproben stammen aus einer Kläranlage, in der der Ablauf nach Umkehrosmosebehandlung in das Grundwasser infiltriert wird. Durch die Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass durch die angewendeten Ozondosen die ausgewählten Arzneistoffe weitgehend oxidiert wurden, obwohl das Umkehrosmosekonzentrat einen sehr hohen TOC "Gehaltes von bis zu 46 mg/L aufwies. Zur Vorbeugung von Membranfouling wird Membrananlagenzuläufen, in diesem Fall dem Kläranlagenablauf, häufig Chlor zugesetzt. Eine Vergleichsstudie mit vorchlorierten und nicht vorchlorierten Kläranlagenabläufen zeigte einen Anstieg der Ozonstabilität nach der Chlorierung. Daraus resultierte aber auch eine Abnahme an OH-Radikalen. Die höhere Ozonstabilität könnte dazu führen, dass über eine direkte Ozonreaktion die Oxidation von Stoffen mit einer höheren Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung bevorzugt würde. Der Abbau der Stoffe, die hauptsächlich über OH-Radikale oxidiert werden, würde dann gleichzeitig herabgesetzt. Für die Wirkstoffgruppe der Betablocker, die permanent in Kläranlagenabläufen nachweisbar ist, wurden die Geschwindigkeitskonstanten mit Ozon- sowie OH-Radikalen ermittelt. Untersucht wurden Acebutolol, Atenolol, Metoprolol und Propranolol. Betablocker enthalten zwei funktionelle Gruppen, die reaktiv gegenüber Ozon sind, zum einen ein sekundäres Amin und zum anderen einen aktivierten aromatischen Ring. Die Amingruppe ist dafür verantwortlich, dass die Geschwindigkeit der Ozonreaktion pH-Wert abhängig ist, da nur das deprotonierte Amin schnell mit Ozon reagieren kann. Die Geschwindigkeitskonstante für die Reaktion von Acebutolol, Atenolol and Metoprolol mit Ozon liegt bei etwa 2000 M-1 s-1, wo hingegen Propranolol mit ~1.0 105 M-1 s-1 etwa zwei Größenordnungen schneller reagiert. Die Konstanten für die Reaktionen mit OH-Radikalen liegen bei 0.5-1.0 × 1010 M-1 s-1. Die während der Ozonreaktion von Metoprolol und Propranolol gebildeten Oxidationsprodukte (OPs) wurden über HPLC-Tandem-MS identifiziert. Die Ozonreaktionen führten zur Bildung 23 OPs im Fall des Metoprolols und etwa 30 OPs beim Propranolol. Um die Auswirkung des pH-Wertes sowie der OH-Radikalreaktion auf die OP-Bildung zu untersuchen, wurden die Experimente bei pH 3 und 8, sowie mit und ohne Zugabe des Radikalfängers tert-Butanol durchgeführt. Die Menge der gebildeten OH-Radikale wurde durch den Zusatz von para-Chlorbenzoesäure ermittelt. Metoprolol: Der Einfluss des protonierten und des nicht protonierten Metoprolols auf die Menge der gebildeten OH-Radikale wurde über einen Vergleich der gemessenen para-Chlorbenzoesäureabnahme mit modellierten Werten ermittelt (Model: Acuchem). Es lassen sich dabei bessere Übereinstimmungen erzielen, wenn die Modelannahmen bei der primären Ozonreaktion des nicht protonierten Moleküls auf einer stöichiometrischen Bildung eines OH-Radikalvorproduktes (•O2-) basieren. Die Modellierung der Reaktion der protonierten Spezies unterstützt ebenfalls die These der Bildung des Vorproduktes •O2-, allerdings in unterstöichiometrischer Menge. Die Untersuchung eines Abwassers und eines Kläranlagenablaufs, die mit 10 μmol/L Metoprolol versetzt wurden, zeigte eine OP-Bildung ähnlich der bei pH 8 ohne Radikalfängerzugabe. Dies deutet auf einen signifikanten Einfluss der OH-Radikalreaktion für die Bildung der OP in realer Abwassermatrix hin. Propranolol: Das primäre OP der Ozonreaktion des Propranolols (OP-291) wird über einen Angriff am Naphthalenring gebildet, der zu einer Ringöffnung und der Bildung zweier Aldehydfunktionen führt. OP-291 wird vermutlich über eine OH-Radikalreaktion weiter zu OP-307 oxidiert, welches anschließend zu OP-281 weitereagiert. Durch die mittels Massenspektrometrie identifizierten chemischen Strukturen der OPs, können die vorgeschlagenen Bildungsreaktionen sowohl über direkte Ozonreaktion als auch über OH-Radikalreaktion bestätigt werden. Als Fazit kann festgestellt werden, dass eine Ozonung eines Kläranlagenablaufes zu der Bildung einer Vielzahl von OPs führt, die alle ein unbekanntes toxikologisches Potential haben (z.B. Bildung von Aldehydfunktionen).

Eine Taktstraße ermöglicht eine automatisierte Verarbeitung eines Werkstückes mit Hilfe von Förderbändern, Lichtschranken, Schiebern und Bearbeitungsstationen. Für eine vorgegebene Taktstraße wird eine Ansteuerung entwickelt. Dazu wird der Mikrocontroller ATMega16 von Atmel eingesetzt. Ein externer Controller sendet über den TWI-Bus Steuerbefehle an den mit der Taktstraße verbundenen Controller. Um die Taktstraße bedienbar zu machen, wird eine geeignete Platine entworfen sowie eine LCD-Bibliothek als Ausgabe- und Informationsmedium. Die Arbeit umfasst alle für ein Projekt im Rahmen eines Informatikstudiums benötigten Entwicklungsstadien von der Projektplanung über die Aneignung von spezifischem Grundlagenwissen, die Hard- und Softwareentwicklung bis hin zu ausführlichen Entwicklungs- und Testphasen.