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.

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.

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

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.

Electronic Data Interchange in Logistics Processes

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä selvitys EDI:in liittyvistä vaikutuksista, tarpeista ja eduista sekä valmistella Oracle Applications- toiminnanohjausjärjestelmän EDI Gateway- modulin ottamista tuotantokäyttöön. Tietoa tarvekartoitukseen saatiin keskustelujen avulla. Uusia kaupallisista lähtökohdista johdettuja, yritysten väliseen kaupankäyntiin ja internet-teknologian hyödyntämiseen kehitettyjä aloitteita käsiteltiin EDI-näkökulmasta tulevaisuutta varten. Ajankohtaisinta tietoa tätä diplomityötä varten löydettiin myös internetistä. Tämän jälkeen oli mahdollista toteuttaa sopivan laaja mutta rajattu EDI pilottiprojekti EDI-konseptin luomista varten. EDI:n vaikutuksiin ostossa keskityttiin tässä diplomityössä enemmän ja EDI:ä päätettiin soveltaa aluksi ostotilauksissa. EDI:n hyötyjä on vaikea mitata numeerisesti. Suurta määrää rahaa tai tuoteyksiköitä on käsiteltävä EDI-partnerin kanssa riittävän usein. EDI:n käyttöönottovaiheessa pääongelmat ovat sovelluksiin liittyviä tietotekniikkaongelmia. Selvityksistä ja EDI-projektista saatu tieto on mahdollista hyödyntää jatkokehityksessä. Lisätoimenpiteitä tarvitaan kokonaan toimivan järjestelmän luomiseksi.

Evaluation of energy efficiency and best available techniques in pumping processes

The potential for enhancing the energy efficiency of industrial pumping processes is estimated to be in some cases up to 50 %. One way to define further this potential is to implement techniques in accordance to definition of best available techniques in pumping applications. These techniques are divided into three main categories: Design, control method & maintenance and distribution system. In the theory part of this thesis first the definition of best available techniques (BAT) and its applicability on pumping processes is issued. Next, the theory around pumping with different pump types is handled, the main stress being in centrifugal pumps. Other components needed in a pumping process are dealt by presenting different control methods, use of an electric motor, variable speed drive and the distribution system. Last part of the theory is about industrial pumping processes from water distribution, sewage water and power plant applications, some of which are used further on in the empirical part as example cases. For the empirical part of this study four case studies on typical pumping processes from older Master’s these were selected. Firstly the original results were analyzed by studying the distribution of energy consumption between different system components and using the definition of BAT in pumping, possible ways to improve energy efficiency were evaluated. The goal in this study was that by the achieved results it would be possible to identify the characteristic energy consumption of these and similar pumping processes. Through this data it would then be easier to focus energy efficiency actions where they might be the most applicable, both technically and economically.

The pH-dependent phase distribution of wood pitch components in papermaking processes

Wood contains only a very small amount of lipophilic extractives, commonly known as wood pitch. The pitch is known to cause severe problems in papermaking processes. The amount of pitch in process waters can be decreased by seasoning of the raw material prior to pulping, pulp washing, removal of pitch by flotation, adsorption of pitch onto various mineral surfaces, and retention of pitch to the fibre material by cationic polymers. The aim of this study was to determine the influence of pH on some of the methods used for pitch control. Experiments were performed using laboratory-made wood pitch emulsions with varying pH, salt concentration, hemicellulose concentration and pitch composition. These emulsions were used to study the phase distribution of resin and fatty acids, the colloidal stability of pitch with and without steric stabilisation by galactoglucomannans, and the interactions between wood pitch and mineral particles. Purification of unbleached and peroxidebleached mill process water was performed by froth flotation in combination with a foaming agent. The distribution of resin and fatty acids (RFAs) between colloidal pitch droplets and the water phase was very dependent on pH. At pH 3, almost all of the RFAs were attached to the pitch droplets, while increasing the pH led to increasing concentration of dissolved RFAs in the water phase. The presence of salt shifted the release of RFAs towards higher pH, while lower ratio of neutral pitch in the emulsion resulted in release of RFAs at lower pH. It was also seen that the dissolution and adsorption of RFAs at sudden pHchanges takes place very quickly. Colloidal pitch was more stable against electrolyte-induced aggregation at higher pH, due to its higher anionic charge. The concentration of cationic polymers needed to aggregate colloidal pitch also increased with increasing pH. The surface characteristics of solid particles, such as amount of charged groups, were very important for understanding their interactions with colloidal wood pitch. Water-soluble galactoglucomannans stabilised the colloidal pitch sterically against aggregation, but could not completely prevent interactions between wood pitch and hydrophilic particles. Froth flotation of unbleached and peroxidebleached process water showed that the pitch could be removed more effectively and selectively at low pH, compared to at neutral pH. The pitch was removed more effectively, using lower concentrations of foaming agent, from peroxide-bleached water than from unbleached water. The results show that pH has a major impact on various pulping and papermaking processes. It determines the anionic charge of the colloidal pitch and the solubility of certain pitch components. Because of this, the pH influences the effectiveness of pitch retention and removal of pitch. The results indicate that pitch problems could be diminished by acknowledging the importance of pH in various papermaking processes.