FTIR-spektroskopia kasviuutteiden analysoinnissa

FTIR-spektroskopia (Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopia) on nopea analyysimenetelmä. Fourier-laitteissa interferometrin käyttäminen mahdollistaa koko infrapunataajuusalueen mittaamisen muutamassa sekunnissa. ATR-liitännäisellä varustetun FTIR-spektrometrin käyttö ei edellytä juuri näytteen valmistusta ja siksi menetelmä on käytössä myös helppo. ATR-liitännäinen mahdollistaa myös monien erilaisten näytteiden analysoinnin. Infrapunaspektrin mittaaminen onnistuu myös sellaisista näytteistä, joille perinteisiä näytteenvalmistusmenetelmiä ei voida käyttää. FTIR-spektroskopian avulla saatu tieto yhdistetään usein tilastollisiin monimuuttuja-analyyseihin. Klusterianalyysin avulla voidaan spektreistä saatu tieto ryhmitellä samanlaisuuteen perustuen. Hierarkkisessa klusterianalyysissa objektien välinen samanlaisuus määritetään laskemalla niiden välinen etäisyys. Pääkomponenttianalyysin avulla vähennetään datan ulotteisuutta ja luodaan uusia korreloimattomia pääkomponentteja. Pääkomponenttien tulee säilyttää mahdollisimman suuri määrä alkuperäisen datan variaatiosta. FTIR-spektroskopian ja monimuuttujamenetelmien sovellusmahdollisuuksia on tutkittu paljon. Elintarviketeollisuudessa sen soveltuvuutta esimerkiksi laadun valvontaan on tutkittu. Menetelmää on käytetty myös haihtuvien öljyjen kemiallisten koostumusten tunnistukseen sekä öljykasvien kemotyyppien havaitsemiseen. Tässä tutkimuksessa arvioitiin menetelmän käyttöä suoputken uutenäytteiden luokittelussa. Tutkimuksessa suoputken eri kasvinosien uutenäytteiden FTIR-spektrejä vertailtiin valikoiduista puhdasaineista mitattuihin FTIR-spektreihin. Puhdasaineiden FTIR-spektreistä tunnistettiin niiden tyypilliset absorptiovyöhykkeet. Furanokumariinien spektrien intensiivisten vyöhykkeiden aaltolukualueet valittiin monimuuttuja-analyyseihin. Monimuuttuja-analyysit tehtiin myös IR-spektrin sormenjälkialueelta aaltolukualueelta 1785-725 cm-1. Uutenäytteitä pyrittiin luokittelemaan niiden keräyspaikan ja kumariinipitoisuuden mukaan. Keräyspaikan mukaan ryhmittymistä oli havaittavissa, mikä selittyi vyöhykkeiden aaltolukualueiden mukaan tehdyissä analyyseissa pääosin kumariinipitoisuuksilla. Näissä analyyseissa uutenäytteet pääosin ryhmittyivät ja erottuivat kokonaiskumariinipitoisuuksien mukaan. Myös aaltolukualueen 1785-725 cm-1 analyyseissa havaittiin keräyspaikan mukaan ryhmittymistä, mitä kumariinipitoisuudet eivät kuitenkaan selittäneet. Näihin ryhmittymisiin vaikuttivat mahdollisesti muiden yhdisteiden samanlaiset pitoisuudet näytteissä. Analyyseissa käytettiin myös muita aaltolukualueita, mutta tulokset eivät juuri poikenneet aiemmista. 2. kertaluvun derivaattaspektrien monimuuttuja-analyysit sormenjälkialueelta eivät myöskään muuttaneet tuloksia havaittavasti. Jatkotutkimuksissa nyt käytettyä menetelmää on mahdollista edelleen kehittää esimerkiksi tutkimalla monimuuttuja-analyyseissa 2. kertaluvun derivaattaspektreistä suppeampia, tarkkaan valittuja aaltolukualueita.

Bioremediation of diesel oil contaminated soil and water

Diesel spills contaminate aquatic and terrestrial environments. To prevent the environmental and health risks, the remediation needs to be advanced. Bioremediation, i.e., degradation by microbes, is one of the suitable methods for cleaning diesel contamination. In monitored natural attenuation technique are natural processes in situ combined, including bioremediation, volatilization, sorption, dilution and dispersion. Soil bacteria are capable of adapting to degrade environmental pollutants, but in addition, some soil types may have indigenous bacteria that are naturally suitable for degradation. The objectives for this work were (1) to find a feasible and economical technique to remediate oil spilled into Baltic Sea water and (2) to bioremediate soil contaminated by diesel oil. Moreover, the aim was (3) to study the potential for natural attenuation and the indigenous bacteria in soil, and possible adaptation to degrade diesel hydrocarbons. In the aquatic environment, the study concentrated on diesel oil sorption to cotton grass fiber, a natural by-product of peat harvesting. The impact of diesel pollution was followed in bacteria, phytoplankton and mussels. In a terrestrial environment, the focus was to compare the methods of enhanced biodegradation (biostimulation and bioaugmentation), and to study natural attenuation of oil hydrocarbons in different soil types and the effect that a history of previous contamination may have on the bioremediation potential. (1) In the aquatic environment, rapid removal of diesel oil was significant for survival of tested species and thereby diversity maintained. Cotton grass not only absorbed the diesel but also benefited the bacterial growth by providing a large colonizable surface area and hence oil-microbe contact area. Therefore use of this method would enhance bioremediation of diesel spills. (2) Biostimulation enhances bioremediation, and (3) indigenous diesel-degrading bacteria are present in boreal environments, so microbial inocula are not always needed. In the terrestrial environment experiments, the combination of aeration and addition of slowly released nitrogen advanced the oil hydrocarbon degradation. Previous contamination of soil gives the bacterial community the potential for rapid adaptation and efficient degradation of the same type of contaminant. When the freshly contaminated site needs addition of diesel degraders, previously contaminated and remediated soil could be used as a bacterial inoculum. Another choice of inoculum could be conifer forest soil, which provides a plentiful population of degraders, and based on the present results, could be considered as a safe non-polluted inoculum. According to the findings in this thesis, bioremediation (microbial degradation) and monitored natural attenuation (microbial, physical and chemical degradation) are both suitable techniques for remediation of diesel-contaminated sites in Finland.