In-line Monitoring of Precipitation Process using Raman Spectroscopy and ATR-FTIR

Polymorfian jatkuva seuranta saostuksessa on hyödyllistä suunnittelun ja kidetuotteen ominaisuuksien sekä kiteytystä seuraavan jatkoprosessoinnin kannalta. Tässä diplomityössä on tutkittu L-glutamiinihapon kahden (- ja ß) polymorfimuodon liukoisuuden riippuvuutta pH:sta ja lämpötilasta.Tulokseksi saatiin, että kummankin polymorfin liukoisuus kasvoi sekä pH:ta ettälämpötilaa kasvatettaessa. ¿¿muodon liukoisuus oli korkeampi kuin ß-muodon liukoisuus valituilla pH-arvoilla eri lämpötiloissa. Lisäksi seurattiin puolipanostoimisen saostuksen aikana 1-litraisella laboratoriokiteyttimellä muodostuvan kiteisen polymorfiseoksen koostumusta hyödyntäen in-line Raman-spektroskopiaa. Myös liuoksen pH-muutosta seurattiin sekä liuoksen koostumusta ATR FTIR-spektroskopian (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectrometer) avulla. Tutkittavina muuttujina olivat mm. sekoitusintensiteetti, sekoitintyyppi, reaktanttien (natriumglutamaatti ja rikkihappo) konsentraatiot sekä syötetyn rikkihapon syöttökohta kiteyttimessä. Työhön sisältyi 36 koetta ja osa kokeista toistettiin tulosten oikeellisuuden tarkistamiseksi. Inline-mittaustulosten verifioimiseksi kidenäytteet analysoitiin myös käyttämällä konfokaali Raman-mikroskooppia. Kidemorfologiaa tutkittiin SEM-kuvien (Scanning Eletronic Microscope) avulla. Työ osoitti, että Raman-spektroskopia on joustava ja luotettava menetelmä saostusprosessin jatkuvaan seurantaan L-glutamiinihapolla. Alhaiset lähtöainepitoisuudet tuottivat pääasiassa ¿¿muotoa, kun taas alhainen sekoitusteho edisti ß-muodon muodostumista. Syöttökohta vaikutti merkittävästi polymorfiaan. Kun rikkihapon syöttökohta oli epäideaalisesti sekoitetulla vyöhykkeellä, nousi ylikylläisyystaso korkeaksi ja päätuote oli tällöin ß-muotoa. 6-lapainen vinolapaturbiini (nousukulma 45o) ja 6-lapainen levyturbiini eivät merkittävästi poikenneet toisistaan muodostuvien polymorfien osalta.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Towards desired crystalline product properties: In-situ monitoring of batch crystallization

The objective of industrial crystallization is to obtain a crystalline product which has the desired crystal size distribution, mean crystal size, crystal shape, purity, polymorphic and pseudopolymorphic form. Effective control of the product quality requires an understanding of the thermodynamics of the crystallizing system and the effects of operation parameters on the crystalline product properties. Therefore, obtaining reliable in-line information about crystal properties and supersaturation, which is the driving force of crystallization, would be very advantageous. Advanced techniques, such asRaman spectroscopy, attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR FTIR) spectroscopy, and in-line imaging techniques, offer great potential for obtaining reliable information during crystallization, and thus giving a better understanding of the fundamental mechanisms (nucleation and crystal growth) involved. In the present work, the relative stability of anhydrate and dihydrate carbamazepine in mixed solvents containing water and ethanol were investigated. The kinetics of the solvent mediated phase transformation of the anhydrate to hydrate in the mixed solvents was studied using an in-line Raman immersion probe. The effects of the operation parameters in terms of solvent composition, temperature and the use of certain additives on the phase transformation kineticswere explored. Comparison of the off-line measured solute concentration and the solid-phase composition measured by in-line Raman spectroscopy allowedthe identification of the fundamental processes during the phase transformation. The effects of thermodynamic and kinetic factors on the anhydrate/hydrate phase of carbamazepine crystals during cooling crystallization were also investigated. The effect of certain additives on the batch cooling crystallization of potassium dihydrogen phosphate (KDP) wasinvestigated. The crystal growth rate of a certain crystal face was determined from images taken with an in-line video microscope. An in-line image processing method was developed to characterize the size and shape of thecrystals. An ATR FTIR and a laser reflection particle size analyzer were used to study the effects of cooling modes and seeding parameters onthe final crystal size distribution of an organic compound C15. Based on the obtained results, an operation condition was proposed which gives improved product property in terms of increased mean crystal size and narrowersize distribution.

Supersaturation-controlled crystallization

Identification of product requirements and quality, together with the management of production are key issues in chemical engineering. Quality control of crystalline products is part of the quality of many industrially manufactured products like paper, paintings, medicines and fertilizers. In most crystallization cases, quality is described with the size, polymorph, shape and purity of the crystal. The chemical composition, hydrodynamics and driving force, together with the operating temperature are in a key position when the properties of a crystalline product are controlled with the crystallization process. This study concentrates on managing the identified properties of a crystalline product with the control of a driving force. The controlling of the driving force can be based on the change of solubility or the change of concentration. Solubility can be changed with temperature, pressure and an antisolvent. The concentration of crystallizing compound, the solute can be changed with the evaporation of the solvent and with the addition of a reagent. The present study focuses on reagent addition and temperature change as methods of changing the level of the driving force. Three control structures for direct control of supersaturation are built, one for cooling crystallization and two for reactive crystallization. Closed loop feedback control structures are based on the measurement of the solute concentration with attenuated total reflection - Fourier transform infrared spectrometer. The details of the reagent feed are analyzed with experimental studies and with results of computational fluid dynamic simulations of the inert particle pulse in the premixer and inert particle injection to the mixing tank. Nucleation in conditions of controlled reactive crystallization is analyzed with Nielsen’s equation of homogeneous nucleation. The resulting control systems, based on regulation of supersaturation, can be used to produce the desired polymorph of an organic product. The polymorph composition of product crystals is controlled repeatably with the decision of a set value of supersaturation level.

Analytics for the modified kraft pulps

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää sopiva analyyttinen menetelmä muokatun kraft-sellukuidun substituutioasteen (DS) kvantitatiivista määrittämistä varten. Muokkauksella tarkoitetaan tässä yhteydessä joko kovalenttisesti tai adsorption avulla tapahtuvaa molekyylin kiinnittymistä sellukuidun pinnalle. Työn kirjallisuusosuudessa käsitellään lyhyesti eri muokkaustapoja ja yhdisteitä joiden avulla voidaan saavuttaa haluttuja ominaisuuksia sellusta valmistetuille lopputuotteille. Lisäksi kirjallisuusosuudessa käydään läpi käyttötarkoitukseen soveltuvimpia suoria ja epäsuoria analyysimenetelmiä. Analyysimenetelmistä kaikkein lupaavimpia testattiin työn kokeellisessa osassa. Diplomityön kokeellisessa osassa keskityttiin kehittämään muokatulle sellulle kvantitatiivista menetelmää DS:n määrittämiseksi Fourier-muunnos infrapuna-vaimennettu kokonaisheijastus (FTIR-ATR) spektrometrillä. Kirjallisuuskatsauksessa ei löytynyt yhtään dokumentoitua tutkimusta, jossa FTIR-ATR menetelmää olisi käytetty muokatun sellukuidun kvantitatiiviseen tutkimukseen. Muiden analyysimenetelmien, kuten alkuaineanalyysin, termogravimetrisen analyysin (TGA) ja valomikroskopian avulla pyrittiin tuottamaan lisätietoa muokkauksesta. Kvantitatiivisen FTIR-ATR menetelmän kehitykseen käytetyt muokatut sellukuidut olivat selluloosa-asetaattia ja selluloosa betainaattia. Saatujen tulosten perusteella muokattujen sulfiitti- ja kraft sellukuitujen DS:n kvantitatiivinen määrittäminen on mahdollista FTIR-ATR menetelmällä. Vähäinen kalibrointipisteiden määrä vaikeutti tarkan analyysimenetelmän tekemistä. Kehitetyn menetelmän suurimpina ongelmina olivat kiinteiden näytteiden heterogeenisyys sekä mahdollisten epäpuhtauksien tunnistaminen. Jatkotutkimusten avulla kehitettyä menetelmää on kuitenkin mahdollista käyttää muokattujen sellukuitujen jatkuvaan analysointiin selluteollisuudessa.

Yields, plant characteristics, total N and fibre composition of timothy cultivars grown at two latitudes

Selostus: Timoteilajikkeiden sadot, kasvuominaisuudet sekä typpi- ja kuitupitoisuus kahdella leveysasteella

Patient-perceived health-related quality of life during recovery after total hip arthroplasty – a 6-month follow-up study

Potilaiden käsitys terveyteen liittyvästä elämänlaadusta lonkan tekonivelleikkauksen jälkeisenä toipumisaikana – kuuden kuukauden seurantatutkimus Tässä kaksivaiheisessa seurantatutkimuksessa tarkasteltiin potilaiden käsitystä terveyteen liittyvästä elämänlaadusta lonkan tekonivelleikkauksen jälkeisenä toipumisaikana. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tarkoituksena oli sekä kuvailla potilaiden kokemuksia potilaana olosta, saamastaan hoidosta ja terveyspalveluorganisaatiosta että analysoida aikaisempien tutkimusten perusteella leikkauksen tuloksia potilaan kannalta. Toisessa vaiheessa tarkoituksena oli arvioida potilaiden kokemaa elämänlaatua leikkauksen jälkeen, ja sitä vaikuttivatko primaaritulokset (fyysinen toimintakyky, kipu, ahdistus) tai taloudelliset seuraukset (potilaiden itsensämaksamat kustannukset, palvelujen käyttö) terveyteen liittyvään elämänlaatuun. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää mahdolliset kriittiset ajankohdat tai tekijät, jotka saattavat hidastaa toipumista ja siten huonontaa potilaiden elämänlaatua. Tätä tietoa voidaan käyttää hoitotyössä kun suunnitellaan sopivaa hoitoa ja tukea toipumisajalle. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa primaarileikkaukseen tulevat potilaat (n = 17) kuvailivat teemahaastatteluissa kokemuksiaan kahdesti leikkauksen jälkeen. Haastatteluaineisto analysoitiin induktiivisella sisällönanalyysilla. Lisäksi 17 tutkimusartikkelista analysoitiin deduktiivisella sisällönanalyysilla leikkauksen tuloksia potilaalle, tuloksiin vaikuttavia tekijöitä ja käytetyt tutkimusmetodit. Toisessa vaiheessa primaari- tai revisioleikkaukseen tulevat potilaat (n = 100) arvioivat leikkauksen tuloksia kuuden kuukauden ajan leikkauksen jälkeen: terveyteen liittyvää elämänlaatua, primaarituloksia ja taloudellisia seurauksia. Aineisto kerättiin erilaisilla mittareilla: Sickness Impact Profile, Finnish Version, Stait-Trait Anxiety Inventory, ja Numeric Rating Scale. Lisäksi käytettiin tätä tutkimusta varten tehtyjä kyselylomakkeita: Fyysinen toimintakyky-mittari, Palvelujen käyttö-mittari ja Kustannusmittari. Tutkimuksen toiseen vaiheen tulokset analysoitiin tilastollisilla menetelmillä. Potilaiden terveyteen liittyvä elämänlaatu parani ja kipu lievittyi leikkauksen jälkeen ja fyysinen toimintakyky lisääntyi toipumisaikana. Positiivisista muutoksista huolimatta potilaat kokivat ahdistusta samassa määrin kuin ennen leikkaustakin. Palvelujen käyttö vaihteli toipumisajan kuluessa ja potilaiden maksamissa kustannuksissa oli suuria vaihteluita. Fyysisen toimintakyvyn lisääntyminen ja kivun lieveneminen paransivat terveyteen liittyvää elämänlaatua. Sen sijaan huonompi elämänlaatu toipumisaikana oli yhteydessä suurempaan palvelujen käyttöön, kun taas kustannuksilla ei ollut yhteyttä elämänlaatuun. Potilaiden ominaispiirteet tulisi ottaa enemmän huomioon suunniteltaessa sopivaa leikkauksenjälkeistä hoitoa ja tukea. Potilaat tarvitsevat yksilöllisiä ohjeita, sillä monet taustatekijät (esim. ikä, sukupuoli, preoperatiivinen kipu, siviilisääty, ja leikkaustyyppi) vaikuttavat toipumiseen.

The total material requirement -concept applied to agriculture : a case study from Finland

Selostus: Luonnonvarojen kokonaiskäyttö sovellettuna maatalouteen: esimerkki Suomesta

Applying the Total Quality Management Method in ICT Business

Kokonaisvaltaisen laatujohtamisen malli TQM (Total Quality Management) on noussut yhdeksi merkittävimmistä konsepteista globaalissa liiketoiminnassa, missä laatu on tärkeä kilpailutekijä. Tämä diplomityö pureutuu nykyaikaiseen kokonaisvaltaisen laatujohtamisen konseptiin, joka nostaa perinteisen laatuajattelun uudelle tasolle. Moderni laatujohtamisajattelu on kasvanut koskemaan yrityksen toiminnan kaikkia osa-alueita. Työn tavoitteena on TietoEnator Käsittely ja Verkkopalvelut liiketoiminta-alueen osalta laadun sekä liiketoiminnallisen suorituskyvyn parantaminen kokonaisvaltaisesti. Ennen varsinaisen laatujohtamis-konseptin käsittelyä työ esittelee ensin yleisellä tasolla perinteistä laatu käsitettä sekä käsittelee lyhyestiICT-liiketoimintaa ja siihen liittyviä standardeja. Lopuksi tutkimus esittelee priorisoituja parannusehdotuksia ja askeleita jotka auttavat organisaatiota saavuttamaan kokonaisvaltaisen laatujohtamiskonseptin mukaisia pyrkimyksiä.

Describing and Analyzing Information Technology through Total Quality Management and Process Management: Case Stora Enso Newsprint

Laatu on osaltaan vahvistamassa asemaansa liike-elämässä yritysten kilpaillessa kansainvälisillä markkinoilla niin hinnalla kuin laadulla. Tämä suuntaus on synnyttänyt useita laatuohjelmia, joita käytetään ahkerasti yritysten kokonais- valtaisen laatujohtamisen (TQM) toteuttamisessa. Laatujohtaminen kattaa yrityksen kaikki toiminnot ja luo vaatimuksia myös yrityksen tukitoimintojen kehittämiselle ja parantamiselle. Näihin lukeutuu myös tämän tutkimuksen kohde tietohallinto (IT). Tutkielman tavoitteena oli kuvata IT prosessin nykytila. Tutkielmassa laadittu prosessikuvaus pohjautuu prosessijohtamisen teoriaan ja kohdeyrityksen käyttämään laatupalkinto kriteeristöön. Tutkimusmenetelmänä prosessin nykytilan selvittämiseksi käytettiin teemahaastattelutta. Prosessin nykytilan ja sille asetettujen vaatimusten selvittämiseksi haastateltiin IT prosessin asiakkaita. Prosessianalyysi, tärkeimpien ala-prosessien tunnistaminen ja parannusalueiden löytäminen ovat tämän tutkielman keskeisemmät tulokset. Tutkielma painottui IT prosessin heikkouksien ja parannuskohteiden etsimiseen jatkuvan kehittämisen pohjaksi, ei niinkään prosessin radikaaliin uudistamiseen. Tutkielmassa esitellään TQM:n periaatteet, laatutyökaluja sekä prosessijohtamisen terminologia, periaatteet ja sen systemaattinen toteutus. Työ antaa myös kuvan siitä, miten TQM ja prosessijohtaminen niveltyvät yrityksen laatutyössä.

Critical reflection on the evaluation plan of the VARPUNEN project

Abstract: Critical reflection on the evaluation plan of the VARPUNEN project

Defining a framework model to determine total costs of managed desktops using ITIL best practices

In modern day organizations there are an increasing number of IT devices such as computers, mobile phones and printers. These devices can be located and maintained by using specialized IT management applications. Costs related to a single device accumulate from various sources and are normally categorized as direct costs like hardware costs and indirect costs such as labor costs. These costs can be saved in a configuration management database and presented to users using web based development tools such as ASP.NET. The overall costs of IT devices during their lifecycle can be ten times higher than the actual purchase price of the product and ability to define and reduce these costs can save organizations noticeable amount of money. This Master’s Thesis introduces the research field of IT management and defines a custom framework model based on Information Technology Infrastructure Library (ITIL) best practices which is designed to be implemented as part of an existing IT management application for defining and presenting IT costs.