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.

HPV In situ -hybridisaation käyttöönotto

Ihmisen papilloomavirus (Human papillomavirus HPV) aiheuttaa yleisen sukupuoliteitse leviävän tartuntataudin. Virusinfektiolla on todettu olevan yhteys kohdunkaulan syöpään ja on siksi tärkeä tutkimuskohde. Kätilöopiston sairaalan patologian laboratoriossa tutkitaan HPV:ta Hybrid Capture 2 -menetelmällä, joka antaa tuloksen kvantitatiivisena. Tulos on joko positiivinen tai negatiivinen korkean riskin HPV-genotyypeille. Tutkimuskohteena oli ihmisen papilloomavirusta määrittävä in situ -hybridisaatiomenetelmä, joka on tarkoitus ottaa käyttöön Kätilöopiston sairaalan patologian laboratorioon. Näytemateriaali kerättiin HUSLAB:n Qpati-tietokannasta. 40 potilastapausta valittiin, joista kymmenen potilastapausta kuuluu kondyloma planum-, kymmenen dysplasia levis-, kymmenen dysplasia moderata- ja viimeiset kymmenen dysplasia gravis -luokitukseen. Näytteet oli valettu parafiiniin, joista leikkattiin uudet näytelasit. Näistä tehtiin HPV in situ -hybridisaatio-, p16INK4a-, Ki67- ja hematoksyliini-eosiinivärjäykset. HPV ISH:n tuloksia verrattiin negatiivisten ja positiivisten kontrollien antamiin tuloksiin. Lisäksi tutkittiin proteiinien p16INK4a ja Ki67 vastaavuutta HPV ISH:n antamiin tuloksiin. Ki67 ja p16INK4a ovat merkkiaineita, joita havaitaan HPV:n aiheuttamissa dysplastisissa muutoksissa. HE-värjäyksen avulla tarkistettiin diagnoosiluokat. HPV in situ -hybridisaationäytteissä esiintyi HPV DNA-viruskopioita 82,5 %:ssa (33/40). Näytteistä negatiivisen tuloksen antoi 12,5 % (5/40) ja 5 % (2/40) niistä ei voitu tulkita. Immunohistokemialliset värjäykset antoivat keskenään yhteneväisiä tuloksia. Tulokset olivat yhteneviä myös HPV in situ -hybridisaation antamiin tuloksiin. Tulokset olivat luotettavia, koska negatiivinen kontrolli antoi negatiivisen ja positiivinen kontrolli positiivisen tuloksen. Hematoksyliini-eosiinivärjäyksellä tarkistetuista diagnoosiluokista 20 prosenttia (8/40) oli muuttunut. Tulokset olivat luotettavia, joten voidaan todeta, että in situ -hybridisaatiomenetelmä voidaan ottaa käyttöön Kätilöopiston sairaalan patologian laboratoriolle.

Fluorescence in situ hybridization of potato somatohaploids and their somatic hybrid donors using two Solanum brevidens specific sequences

Selostus: Perunan somaattisten hybridien ja niiden somatohaploidien fluoresenssi in situ -hybridisaatio Solanum brevidens -lajin spesifisten sekvenssien avulla

Naudan freemartinismin osoittaminen veren valkosoluista Y-kromosomispesifisellä in situ -hybridisaatiolla

Summary: Diagnosis of freemartinism in cattle by Y chromosome specific in situ hybridisation of blood leukocytes

Use of field measurements in fatigue analysis of forestry cranes

Tässä työssä on esitetty väsyttävän kuormituksen mittaamiseen ja mittausdatan jälkikäsittelyyn sekä väsymismitoitukseen liittyviä menetelmiä. Menetelmien sovelluskohteena oli metsäkoneen kuormain, joka on väsyttävästi kuormitettu hitsattu rakenne. Teoriaosassa on kuvattu väsymisilmiötä ja väsymismitoitusmenetelmiä sekä kuormitusten tunnistamiseen ja mittausten jälkikäsittelyyn liittyviä menetelmiä. Yleisimmin käytettyjen väsymismitoitusmenetelmien rinnalle on esitetty luotettavuuteen perustuvaa väsymismitoitusmenetelmää. Kuormainten suunnittelussa on keveys- j a kestoikävaatimusten takia erityisen suuri merkitys väsymisen huomioimisella. Rakenteille on ominaista tietyt toiminnan kannalta välttämättömät hitsatut yksityiskohdat, jotka usein määräävät koko rakenteen kestoiän. Koska nämä ongelmakohdat pystytään useimmiten tunnistamaan jo suunnitteluvaiheessa, voidaan yksityiskohtien muotoilulla usein parantaa huomattavasti koko rakenteen kestoikää. Näiden yksityiskohtien optimointi on osittain mahdollista toteuttaa ilman kuormituskertymätietoa, mutta useimmiten kuormitusten tunnistaminen on edellytys parhaan ratkaisun löytymiselle. Tällöin toistaiseksi paras keino todellisen väsyttävän kuormituksen tunnistamiseksi on pitkäaikaiset kenttämittaukset. Kenttämittauksilla selvitetään rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset venymäliuskojen avulla. Kuormitusten tunnistamisella on erityisen suuri merkitys kun halutaan määrittää rakenteen kestoikä. Väsyminen ja väsyttävä kuormitus ovat kuitenkin tilastollisia muuttujia j a yksittäiselle rakenteelle ei ole mahdollista määrittää tarkkaa k estoikää. Tilastollisia menetelmiä käyttäen on kuitenkin mahdollista määrittää rakenteen vaurioitumisriski. Laskettaessa vaurioitumisriskiä suurelle määrälle yksittäisiä rakenteita voidaan muodostaa tarkkojakin ennusteita mahdollisten vaurioiden lukumäärästä. Tällöin kuormituskertymätiedosta voi olla tavanomaisen suunnittelun lisäksi laajempaa hyötyä esimerkiksi takuukäsittelyssä. Tässä työssä on sovellettu esitettyjä teorioita käytännössä metsäkoneen harvesterin puomiston väsymistarkasteluun. Kyseisen rakenteen kuormituksia mitattiin kahden viikon aikana yhteensä 35 tuntia, jonka perusteella laskettiin väsyttävän kuormituksen tilastollinen jakauma esimerkkitapaukselle. Mittauksen perusteella ei voitu tehdä kuitenkaan johtopäätöksiä tuotteen koko elinkaaren kuormituksista eikä muiden samanlaisten tuotteiden kuormituksista, koska mitattu otos oli suhteellisen lyhyt ja rajoittui vain yhteen käyttäjään ja muutamaan käyttökohteeseen. Menetelmien testaamiseksi kyseinen otos oli kuitenkin riittävä. Kuormituskertymätietoa käytettiin hyväksi myös laatumääritysten muodostamisessaesimerkkitapaukselle. Murtumismekaniikkaan perustuvalla menetelmällä arvioitiinharvesteripilarin valun mahdollisten valuvirheiden suurin sallittu koko. Luotettavuuteen pohjautuvan mitoitusmenettelyn tarve näyttää olevanlisääntymässä, joten pitkäaikaisten kenttämittausten tehokas hyödyntäminen tulee olemaan keskeinen osa väsymismitoitusta lähitulevaisuudessa. Menetelmiä olisi mahdollista tehostaa yhdistämällä kuormituskertymään erilaisia kuormitusten suhteen riippuvia tunnettuja suureita kuten käsiteltävän puun halkaisija. Todellisettuotekohtaiset tilastolliset jakaumat kuormituksista voitaisiin muodostaa mahdollisesti tehokkaammin, jos esimerkiksi kuormitusten riippuvuus metsätyypistä pystyttäisiin ensin määrittämään.

Suuren riskin HPV:n osoittaminen nestemäisistä gynekologisista irtosolunäytteistä (ThinPrep®) in situ hybridisaatio -menetelmällä

Kohdunkaulan syöpä on maailmanlaajuisesti naisten toiseksi yleisin syöpätauti. Tutkimuksilla on osoitettu, että 99,7 %:ssa tapauksista taustalla on suuren riskin HPV-infektio (HR-HPV). HPV-infektio voidaan todeta naisilta otettavasta gynekologisesta irtosolunäytteestä sen tunnusomaisten solujen, koilosyyttien, ansiosta. Syövän esiasteissa alkaa koilosyyttien määrä kuitenkin vähentyä. Pahimmissa muutoksissa koilosyyttejä ei enää ole nähtävissä, jolloin HPV-infektio saadaan varmistettua kudosnäytteestä in situ hybridisaatio -menetelmällä (ISH). ISH on virus-DNA -värjäys. Tavallisen gynekologisen irtosolunäytteen rinnalle on kehitetty nestemäinen gynekologinen irtosolunäyte. Suomessa menetelmä on vielä tutkimusasteella, mutta muualla maailmassa sen käyttö on yleistynyt. Tutkimuskäytössä on myös polymeraasiketjureaktio -menetelmä (PCR), jolla voidaan luotettavasti tutkia suuren riskin HPV-infektion läsnäolo nestemäisestä gynekologisesta irtosolunäytteestä. Nestemäinen gynekologinen irtosolunäyte lienee tulevaisuutta myös Suomessa. Uuden menetelmän yleistyessä on mielekästä tutkia sen käyttömahdollisuuksia lisää. Opinnäytetyössäni tutkin, voidaanko potilaiden nestemäisistä gynekologisista irtosolunäytteistä todeta ISH-menetelmällä suuren riskin HPV-DNA:ta. Tutkimukseni käsitti 29 potilastapausta, joista kymmenellä (10) oli sytologisena luokituksena ASC-US, kymmenellä (10) LSIL ja yhdeksällä (9) ASC-H/HSIL. Näiltä potilailta oli määritetty HR-HPV-infektio netemäisistä gynekologisista irtosolunäytteistä myös PCR-menetelmällä. Luotettavuuden lisäämiseksi tein myös potilaiden histologisista näytteistä ISH:n, jonka jo tiedetään olevan toimiva menetelmä. Lisäksi tein proteiinivärjäykset p16INK4a:n ja Ki-67:n. Näiden proteiinien tiedetään lisääntyvän silloin, kun kyseessä on suuren riskin HPV-infektio. Kaikki sytologisista näytteistä tehdyt in situ hybridisaatio -värjäykset antoivat negatiivisen tuloksen. Toisin sanoen HPV-DNA:ta ei voitu havaita. PCR-menetelmällä saatujen tulosten sekä myös kudosnäytteistä tehtyjen ISH-, p16INK4a- ja Ki-67 -värjäysten perusteella tulosten olisi pitänyt olla positiivisia. Kaikkien saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että in situ hybridisaatio -värjäys ei toiminut odotetulla tavalla nestemäisistä gynekologisista irtosolunäytteistä. In situ hybridisaatio on siis nykykäytännöllä toimimaton menetelmä ja se vaatii lisäselvittelyjä.

Sampling in chemical analysis

The uncertainty of any analytical determination depends on analysis and sampling. Uncertainty arising from sampling is usually not controlled and methods for its evaluation are still little known. Pierre Gy’s sampling theory is currently the most complete theory about samplingwhich also takes the design of the sampling equipment into account. Guides dealing with the practical issues of sampling also exist, published by international organizations such as EURACHEM, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) and ISO (International Organization for Standardization). In this work Gy’s sampling theory was applied to several cases, including the analysis of chromite concentration estimated on SEM (Scanning Electron Microscope) images and estimation of the total uncertainty of a drug dissolution procedure. The results clearly show that Gy’s sampling theory can be utilized in both of the above-mentioned cases and that the uncertainties achieved are reliable. Variographic experiments introduced in Gy’s sampling theory are beneficially applied in analyzing the uncertainty of auto-correlated data sets such as industrial process data and environmental discharges. The periodic behaviour of these kinds of processes can be observed by variographic analysis as well as with fast Fourier transformation and auto-correlation functions. With variographic analysis, the uncertainties are estimated as a function of the sampling interval. This is advantageous when environmental data or process data are analyzed as it can be easily estimated how the sampling interval is affecting the overall uncertainty. If the sampling frequency is too high, unnecessary resources will be used. On the other hand, if a frequency is too low, the uncertainty of the determination may be unacceptably high. Variographic methods can also be utilized to estimate the uncertainty of spectral data produced by modern instruments. Since spectral data are multivariate, methods such as Principal Component Analysis (PCA) are needed when the data are analyzed. Optimization of a sampling plan increases the reliability of the analytical process which might at the end have beneficial effects on the economics of chemical analysis,

Hemiselluloosien erotus ja in situ -modifiointi

Hemiselluloosat kuuluvat selluloosan ja ligniinin ohella puun ja muiden kasvimateriaalien päärakenneaineksiin. Hemiselluloosan kemiallisessa koostumuksessa on eroja kasvilajien välillä, mikä tekee ryhmästä hyvin monimuotoisen. Lehtipuiden pääasiallinen hemiselluloosa on glukuroniksylaani. Ksylaaneja esiintyy laajasti myös muissa kasveissa erilaisina rakenteina. Havupuiden yleisin hemiselluloosa on puolestaan galaktoglukomannaani. Arabinogalaktaani on erityisesti lehtikuusesta runsaana löytyvä hemiselluloosa, jota muissa puulajeissa on vain vähän. Luonnon polymeerejä tutkitaan jatkuvasti muun muassa vaihtoehtojen löytämiseksi raakaöljypohjaisille tuotteille. Aiemmin hemiselluloosia on pääosin hyödynnetty sellaisenaan tai jalostettu esimerkiksi sokereiksi. Selluloosan ja tärkkelyksen tavoin ne voivat kuitenkin toimia myös kemiallisen, fysikaalisen tai entsymaattisen muokkauksen lähtöaineena. Hemiselluloosien käyttöä rajoittaa usein se, että niiden eristäminen kasvimateriaalista hyvällä saannolla on vaikeaa. Useimmiten hemiselluloosa erotetaan biomassasta ligniinin poiston jälkeen uuttamalla erilaisilla reagensseilla, kuten emäksillä. Arabinogalaktaanin erottamiseen ei kuitenkaan vaadita ankaria olosuhteita, vaan yleisimmin siihen riittää uutto vedellä. Kalvosuodatus puolestaan on hyvä keino hemiselluloosan talteenottoon uuttoliuoksista. Tässä työssä tarkasteltiin arabinogalaktaanin erotusta siperianlehtikuusesta uuttokokein. Saadut uuttoliuokset konsentrointiin ja puhdistettiin kalvosuodatusmenetelmillä. Lisäksi tutkittiin eristetyn arabinogalaktaanin käyttöä kemiallisen muokkauksen lähtöaineena, missä pyrkimyksenä oli etenkin in situ -modifiointi suoraan uuttoliuoksessa oleville yhdisteille. Uuttokokeilla saatiin kuitenkin vain pieni osa lehtikuusen arabinogalaktaanista erotetuksi. Myös kalvosuodatusvaiheen aikana menetettiin osa uuttoliuosten arabinogalaktaanista. Koska arabinogalaktaanipitoisuus uuttoliuoksissa jäi hyvin alhaiseksi, in situ -modifiointeja oli vaikea saada onnistumaan. Uutto-olosuhteiden lisätutkimuksella sekä kiinnittämällä erityistä huomiota suodatuskalvojen valintaan voitaneen pitoisuutta nostaa ja saada lisämateriaalia kemiallista muokkausta varten.

Ion mobility spectrometry in liquid analysis

Ion mobility spectrometry (IMS) is a straightforward, low cost method for fast and sensitive determination of organic and inorganic analytes. Originally this portable technique was applied to the determination of gas phase compounds in security and military use. Nowadays, IMS has received increasing attention in environmental and biological analysis, and in food quality determination. This thesis consists of literature review of suitable sample preparation and introduction methods for liquid matrices applicable to IMS from its early development stages to date. Thermal desorption, solid phase microextraction (SPME) and membrane extraction were examined in experimental investigations of hazardous aquatic pollutants and potential pollutants. Also the effect of different natural waters on the extraction efficiency was studied, and the utilised IMS data processing methods are discussed. Parameters such as extraction and desorption temperatures, extraction time, SPME fibre depth, SPME fibre type and salt addition were examined for the studied sample preparation and introduction methods. The observed critical parameters were extracting material and temperature. The extraction methods showed time and cost effectiveness because sampling could be performed in single step procedures and from different natural water matrices within a few minutes. Based on these experimental and theoretical studies, the most suitable method to test in the automated monitoring system is membrane extraction. In future an IMS based early warning system for monitoring water pollutants could ensure the safe supply of drinking water. IMS can also be utilised for monitoring natural waters in cases of environmental leakage or chemical accidents. When combined with sophisticated sample introduction methods, IMS possesses the potential for both on-line and on-site identification of analytes in different water matrices.