Measurement of the tree root growth using electrical impedance spectroscopy

Abstract

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.

Use of the Optical Cantilever Microphone in Photoacoustic Spectroscopy

A novel cantilever pressure sensor was developed in the Department of Physics at the University of Turku in order to solve the sensitivity problems which are encountered when condenser microphones are used in photoacoustic spectroscopy. The cantilever pressure sensor, combined with a laser interferometer for the measurement of the cantilever movements, proved to be highly sensitive. The original aim of this work was to integrate the sensor in a photoacoustic gas detector working in a differential measurement scheme. The integration was made successfully into three prototypes. In addition, the cantilever was also integrated in the photoacoustic FTIR measurement schemes of gas-, liquid-, and solid-phase samples. A theoretical model for the signal generation in each measurement scheme was created and the optimal celldesign discussed. The sensitivity and selectivity of the differential method were evaluated when a blackbody radiator and a mechanical chopper were used with CO₂, CH4, CO, and C2H4 gases. The detection limits were in the sub-ppm level for all four gases with only a 1.3 second integration time and the cross interference was well below one percent for all gas combinations other than those between hydrocarbons. Sensitivity with other infrared sources was compared using ethylene as an example gas. In the comparison of sensitivity with different infrared sources the electrically modulated blackbody radiator gave a 35 times higher and the CO2-laser a 100 times lower detection limit than the blackbody radiator with a mechanical chopper. As a conclusion, the differential system is well suited to rapid single gas measurements. Gas-phase photoacoustic FTIR spectroscopy gives the best performance, when several components have to be analyzed simultaneously from multicomponent samples. Multicomponent measurements were demonstrated with a sample that contained different concentrations of CO₂, H₂O, CO, and four different hydrocarbons. It required an approximately 10 times longer measurement time to achieve the same detection limit for a single gas as with the differential system. The properties of the photoacoustic FTIR spectroscopy were also compared to conventional transmission FTIR spectroscopy by simulations. Solid- and liquid-phase photoacoustic FTIR spectroscopy has several advantages compared to other techniques and therefore it also has a great variety of applications. A comparison of the signal-to-noise ratio between photoacoustic cells with a cantilever microphone and a condenser microphone was done with standard carbon black, polyethene, and sunflower oil samples. The cell with the cantilever microphone proved to have a 5-10 times higher signal-to-noise ratio than the reference detector, depending on the sample. Cantilever enhanced photoacoustics will be an effective tool for gas detection and analysis of solid- and liquid-phase samples. The preliminary prototypes gave good results in all three measurement schemes that were studied. According to simulations, there are possibilities for further enhancement of the sensitivity, as well as other properties, of each system.

Kokemuksia ESR-rahoitteisen hankkeen hallinnoinnista

Virtuaaliammattikorkeakoulu, VirtuaaliAMK

Magnetic Resonance Experiments with Atomic Hydrogen

In this thesis three experiments with atomic hydrogen (H) at low temperatures T<1 K are presented. Experiments were carried out with two- (2D) and three-dimensional (3D) H gas, and with H atoms trapped in solid H2 matrix. The main focus of this work is on interatomic interactions, which have certain specific features in these three systems considered. A common feature is the very high density of atomic hydrogen, the systems are close to quantum degeneracy. Short range interactions in collisions between atoms are important in gaseous H. The system of H in H₂ differ dramatically because atoms remain fixed in the H₂ lattice and properties are governed by long-range interactions with the solid matrix and with H atoms. The main tools in our studies were the methods of magnetic resonance, with electron spin resonance (ESR) at 128 GHz being used as the principal detection method. For the first time in experiments with H in high magnetic fields and at low temperatures we combined ESR and NMR to perform electron-nuclear double resonance (ENDOR) as well as coherent two-photon spectroscopy. This allowed to distinguish between different types of interactions in the magnetic resonance spectra. Experiments with 2D H gas utilized the thermal compression method in homogeneous magnetic field, developed in our laboratory. In this work methods were developed for direct studies of 3D H at high density, and for creating high density samples of H in H₂. We measured magnetic resonance line shifts due to collisions in the 2D and 3D H gases. First we observed that the cold collision shift in 2D H gas composed of atoms in a single hyperfine state is much smaller than predicted by the mean-field theory. This motivated us to carry out similar experiments with 3D H. In 3D H the cold collision shift was found to be an order of magnitude smaller for atoms in a single hyperfine state than that for a mixture of atoms in two different hyperfine states. The collisional shifts were found to be in fair agreement with the theory, which takes into account symmetrization of the wave functions of the colliding atoms. The origin of the small shift in the 2D H composed of single hyperfine state atoms is not yet understood. The measurement of the shift in 3D H provides experimental determination for the difference of the scattering lengths of ground state atoms. The experiment with H atoms captured in H2 matrix at temperatures below 1 K originated from our work with H gas. We found out that samples of H in H2 were formed during recombination of gas phase H, enabling sample preparation at temperatures below 0.5 K. Alternatively, we created the samples by electron impact dissociation of H₂ molecules in situ in the solid. By the latter method we reached highest densities of H atoms reported so far, 3.5(5)x10¹⁹ cm^-3. The H atoms were found to be stable for weeks at temperatures below 0.5 K. The observation of dipolar interaction effects provides a verification for the density measurement. Our results point to two different sites for H atoms in H2 lattice. The steady-state nuclear polarizations of the atoms were found to be non-thermal. The possibility for further increase of the impurity H density is considered. At higher densities and lower temperatures it might be possible to observe phenomena related to quantum degeneracy in solid.

Sivuraiteilta uralle! : Koulutuksen keskeyttämisen ehkäisemiseen suunnatut ESR-projektit Kaakkois-Suomessa ja malleja muualta Suomesta

Tämä julkaisu on yhteenveto Kaakkois-Suomen elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksen valvonnassa käynnistyneistä, Euroopan sosiaalirahaston rahoittamista koulutuksen keskeyttämisen ehkäisyyn pyrkivistä projekteista vuosina 2007–2012 (tilanne 23.02.2012). Lisäksi selvitykseen on koottu vastaavissa projekteissa kehitettyjä malleja muualta Manner-Suomesta. Projekteista esitetään lyhyesti hankkeen keskeiset tiedot; hallinnoijan yhteystiedot, projektin kohdealue, tavoitteet ja tulokset. Lisäksi projekteista esitetään tarkempia esimerkkejä niissä kehitetyistä malleista ja välineistä. Tarkasteltavissa hankkeissa on pyritty ehkäisemään koulutuksen keskeyttämistä ammattioppilaitosten ja erilaisten työpajojen välisellä yhteistyöllä, erilaisilla opetusmenetelmillä, erityisopettajuudella, moniammatillisten verkostojen tuella sekä erilaisilla sähköisillä arviointivälineillä. Selvityksessä on käytetty lähteenä hankkeiden Eura2007-järjestelmään kirjattuja loppu- ja väliraportteja sekä projektisuunnitelmia ja näissä esitettyjä tietoja. Näitä tietoja täydennettiin projektien yhteyshenkilöille lähetetyllä kyselyllä ja kyselystä saaduilla vastauksilla ja materiaalilla. Lisäksi apuna käytettiin hankkeiden omia julkaisuja. Selvityksen on laatinut ELY-keskuksen korkeakouluharjoittelija, hum. kand. Teemu Räihä.

Positron measurements in Mg-doped GaN and development of digital Doppler broadening spectroscopy

In this work parameters of Mg-doped GaN samples were studied using positron annihilation spectroscopy and analyzed. It is shown that gallium vacancies exist in an unintentionally doped sample. Next, the sample with higher concentration of Mg and low growth temperature contains vacancy clusters. In case of low concentration of Mg the growth temperature does not affect the formation of defects. Analog electronics can be replaced by a modern digital device. While promising a high quantity of benefits, the performance of these digitizers requires thorough adjustment. A 14-bit two channel digitizer has been tested in order to achieve better performance than the one of a traditional analog setup, and the adjustment process is described. It has been shown that the digital device is unable to achieve better energy resolution, but it is quite close to the corresponding attribute of the available analog system, which had been used for measurements in Mg-doped GaN.

Tavoitteena tutkinto – unelmana ura : Hyviä käytäntöjä ESR-rahoitteisista maahanmuuttajahankkeista ohjelmakaudella 2007–2013

Tämä raportti esittelee ESR-rahoitteisia maahanmuuttajahankkeita ja niistä saatuja hyviä käytäntöjä. Raportissa esitellään hankkeet, joita on toteutettu Kaakkois-Suomen alueella rakennerahastokaudella 2007–2013. Lisäksi esitellään muutama muualla Suomessa toteutettu hanke, joista on saatu hyviä tuloksia. Hankkeista esitellään lyhyesti niiden keskeiset toimenpiteet ja saadut tulokset sekä kehitetyt toimintamallit. Lisäksi kerrotaan, mistä on mahdollista saada lisätietoa hankkeista ja niissä kehitetyistä malleista. Tarkasteltavissa hankkeissa on pyritty rakentamaan maahanmuuttajien koulutus- ja urapolkuja, kehittämään maahanmuuttajille suunnattua ohjausta ja neuvontaa sekä edistämään heidän kotoutumistaan ja työllistymistään. Selvityksessä lähteinä ovat toimineet hankkeiden EURA2007-järjestelmään kirjatut loppuraportit ja projektisuunnitelmat sekä näissä esitetyt tiedot. Lisäksi lähteinä on käytetty hankkeiden omia loppujulkaisuja ja Internet-materiaaleja. Näitä tietoja on täydennetty kysymällä lisätietoja suoraan projektien yhteyshenkilöiltä.

Itä-Suomen ESR-ohjelman 2007-2013 välikertomus

Raportti on välikatsaus Itä-Suomen ESR-toimintaan ohjelmakaudella 2007–2013 ja se on kirjoitettu alueella rahoitusta välittävien tahojen, ELY-keskusten ja maakuntien liittojen, yhteistyönä. Suomessa ESR-toimintaa ohjaava Manner-Suomen ESR-ohjelma 2007–2013 on jaettu neljään eri suuralueeseen. Yksi näistä on Itä-Suomen suuralue, joka muodostuu Etelä-Savon, Kainuun, Pohjois-Karjalan ja Pohjois-Savon maakunnista. Raportti keskittyy Itä-Suomen ohjelmakauden tuloksien tarkasteluun tuoden niitä esille hanke-esimerkkien sekä indikaattoritietojen kautta. Ohjelman kehittämis-toimet on jaettu neljään eri toimintalinjaan ja toimintalinjojen sisällä on määritelty erityisiä kehittämistavoitteita. Itä-Suomen suuralueen hankkeille on myönnetty 290 miljoonaa euroa ESR-rahoitusta. Lisäksi kunnat ja muut julkiset toimijat sekä yritykset ovat osallistuneet hankkeiden rahoitukseen 72 miljoonalla eurolla. Itä-Suomi on pysynyt kansallisessa vertailussa rahoituksen kohdistamisessa hankkeisiin hyvällä tasolla. Euroopan sosiaalirahaston rahoitus (ESR) on Itä-Suomessa merkittävä, muttei ainut, alueen elintasoa ja kilpailukykyä kohottava rahoitusväline. Muista rahoitusmuodoista Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) sekä maaseuturahastojen alueellinen merkitys korostuvat etenkin yritysten kilpailukyvyn ja maaseudun toimintaedellytysten kehittämisessä Itä-Suomessa. Vaikuttavuus on noussut keskeiseksi hanketyötä ohjaavaksi tekijäksi. Hankkeita ei toteuteta ohjelman vuoksi, vaan niillä täytyy olla aina alueellinen vaikuttavuusnäkökulma ja selkeä päämäärä. Mitä vahvempi hankeorganisaation ja toimijoiden sitoutuminen on, sitä parempia tuloksia saadaan aikaan. Erilaisten rahoitusvälineiden yhteensovitus, viestinnällinen osaaminen ja sitä kautta syntyvä tehokkuus korostuvat tuloksekkaiden hankkeiden toteutuksissa. Alueen mikro- ja pk-yritysten osaamisen kehittäminen, osaamistarpeisiin vastaaminen sekä yritysten kansainvälistyminen vahvistavat Itä-Suomen hyvinvointia myös tulevaisuudessa. Indikaattoritiedot Itä-Suomen suuralueen ESR-ohjelman toteumasta puhuvat paljon puolestaan; 89 600 hankkeissa aloittanutta henkilöä, 343 000 lyhytkestoisissa toimenpiteissä ja tiedotustilaisuuksissa ollutta, lähes 18 000 hankkeisiin osallistunutta yritystä ja 5 600 muuta organisaatiota, 1 245 000 koulutus- ja henkilötyöpäivää. Uusia työpaikkoja on syntynyt noin 3 400 ja uusia yrityksiä lähes 2 600 kappaletta. Väliraportin indikaattoritietiedoissa ja hankelistauksissa on mukana projektipäätöksen saaneet hankkeet ohjelmakauden alusta vuoden 2012 loppuun. Tulosten tulkinnassa tulee huomioida erilaiset rahoitus- ja kehittämiskytkökset sekä alueelliset ESR-rahoituksen painotukset maakunnittain. Tarpeet ja alueelliset painotukset ovat vaihdelleet maakunnittain – on haluttu ja myös saatu erilaisia tuloksia. Hankkeilla on kehitetty yritysten henkilöstön osaamista eri toimialoilla ja erityisesti on haluttu kehittää maakuntien kannalta keskeisiä vahvuusaloja. Toimilla on pyritty edistämään työelämän kehittymistä joustavammaksi sekä parantamaan työssä jaksamista ja tuottavuuskehitystä, unohtamatta myöskään yrittäjyyden tukemista ja uusien yrityksien synnyttämistä. Rahoitusta on suunnattu toimiin, jotka parantavat alueen huoltosuhdetta ja pyrkivät korjaamaan rakennetyöttömyyttä. Ohjelma-asiakirjassa mainittuja tavoitteita on edistetty kehittämällä työmarkkinoiden toimintaa sekä erityisesti nuorten sijoittumista työelämään ja koulutukseen. Myös äkillisen rakennemuutoksen kouriin joutuneet alueet ovat saaneet merkittäviä resursseja muutosten hallintaan ja uusien työurien edistämiseen. Itä-Suomessa merkittävänä osa-alueena on myös elinkeinorakenteen uudistaminen ja kehittäminen, mikä on näkynyt panostuksina uusille osaamisalueille erityisesti korkeakoulujen yhteydessä. Myös ammatillisen koulutuksen työelämäyhteyksien kehittämistä on tuettu. Kehittämistoimien tavoitteena on lisäksi ollut kansainvälisyyden sekä työperäisen maahanmuuton edistäminen. Kesken ohjelmakauden tulleen taloudellisen taantuman vuoksi työperäistä maahanmuuttoa edistävät toimet ovat jääneet suunniteltua vähäisemmiksi.

Detection of Illicit Drugs and Drug Precursors with Cantilever-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy

In this study, cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy (CEPAS) was applied in different drug detection schemes. The study was divided into two different applications: trace detection of vaporized drugs and drug precursors in the gas-phase, and detection of cocaine abuse in hair. The main focus, however, was the study of hair samples. In the gas-phase, methyl benzoate, a hydrolysis product of cocaine hydrochloride, and benzyl methyl ketone (BMK), a precursor of amphetamine and methamphetamine were investigated. In the solid-phase, hair samples from cocaine overdose patients were measured and compared to a drug-free reference group. As hair consists mostly of long fibrous proteins generally called keratin, proteins from fingernails and saliva were also studied for comparison. Different measurement setups were applied in this study. Gas measurements were carried out using quantum cascade lasers (QLC) as a source in the photoacoustic detection. Also, an external cavity (EC) design was used for a broader tuning range. Detection limits of 3.4 particles per billion (ppb) for methyl benzoate and 26 ppb for BMK in 0.9 s were achieved with the EC-QCL PAS setup. The achieved detection limits are sufficient for realistic drug detection applications. The measurements from drug overdose patients were carried out using Fourier transform infrared (FTIR) PAS. The drug-containing hair samples and drug-free samples were both measured with the FTIR-PAS setup, and the measured spectra were analyzed statistically with principal component analysis (PCA). The two groups were separated by their spectra with PCA and proper spectral pre-processing. To improve the method, ECQCL measurements of the hair samples, and studies using photoacoustic microsampling techniques, were performed. High quality, high-resolution spectra with a broad tuning range were recorded from a single hair fiber. This broad tuning range of an EC-QCL has not previously been used in the photoacoustic spectroscopy of solids. However, no drug detection studies were performed with the EC-QCL solid-phase setup.