Ympäristö- ja yhdyskuntavesien monitorointi Saimaan vesistöalueella

Diplomityössä tutkittiin kromatografian, elektroforeesin ja spektrometrian käyttöä ympäristövesianalytiikassa. Kokeellisessa osassa analysoitiin Saimaan Vesi- ja Ympäristötutkimus Oy:n keräämistä kaatopaikka-, jätevesi-, pohjavesi-, vesistö-, uimahalli-, yksityiskaivo-, poreallas- ja suovesinäytteistä epäorgaaniset anionit (F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2- SO42-ja PO42-) sekä ionikromatografilla että kapillaarielektroforeesilla. Näytteet on kerätty Saimaan alueen ympäristökunnista. Kapillaarielektroforeesilla analysoitiin lisäksi tiosulfaatti. Liekkiatomiabsorptio-spektrometrilla analysoitiin Cu, Fe, Na ja Al. Natriumia löytyi jokaisesta vesinäytteestä. Pohjavesistä ei löytynyt rautaa eikä alumiinia ja kuparipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Vesistövesistä kahdessa näytteessä oli alle määritysrajan olevia rautapitoisuuksia. Muissa näytteissä ei rautaa ollut. Suovesistä kuparia löytyi hyvin pieniä määriä ja yhdestä näytteestä alumiinia alle määritysrajan. Kaatopaikkavesissä kuparipitoisuudet sekä kolmessa näytteessä alumiinipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Jätevesistä oletettiin löytyvän suuria määriä typpispesieksiä ja fosforia. Niitä kuitenkin esiintyi isoissa pitoisuuksissa vain suovesinäytteissä. Jätevesinäytteet sisälsivät bromidia, nitraattia ja fluoridia jopa yli 140 mg/l. Kapillaarielektroforeesilla ja ionikromatografilla mitatut anionipitoisuudet korreloivat hyvin toisiaan. Kontaminoituja vesiä löytyi pohja-, kaatopaikka-, jäte- ja vesistövesistä sekä uima-altaan terapiaaltaan vedestä.

Motiivit ruokavalintojen taustalla: suomalaisten pikaruoan kuluttajien ruoanvalintamotiivit ja mielenkiinto runsaskuituista hampurilaissämpylää kohtaan

Ruokavalinnat ovat monimutkaisia päätöksiä, joihin vaikuttavat fysiologiset, psykologiset sekä ympäristö- ja tilannesidonnaiset tekijät. Terveellisyystrendi on näkynyt ruokavalinnoissa jo monta vuotta. Siitä huolimatta suomalaisten ruokavalio sisältää liian vähän ravintokuitua. Kirjallisuusosan tavoitteena oli selvittää, mitkä motiivit vaikuttavat kuluttajien ruokavalintoihin, mitä terveysvaikutuksia ravintokuidulla on ja mikä saa aikaan täysjyväleivälle tyypilliset aistittavat ominaisuudet. Kokeellisessa osassa tavoitteena oli tarkastella internetkyselyn avulla pikaruoan kuluttajien ruokaan liittyviä asenteita ja motiiveja sekä tutkia niiden yhteyttä hampurilaissämpylöiden miellyttävyysarvioihin aistinvaraisessa kuluttajatestissä. Ruoanvalintamotiivit voidaan jaotella elintarvikkeen ominaisuuksiin, yksilön ominaisuuksiin ja sosiokulttuuriseen ympäristöön liittyviin motiiveihin. Kuluttajille tärkeimpiä motiiveja ovat aistinvarainen miellyttävyys, hinta, terveellisyys, kätevyys sekä läheisten ihmisten mieltymykset. Ravintokuidun runsas saanti mahdollisesti ehkäisee lihavuutta ja tyypin 2 diabetesta sekä auttaa eräiden ruoansulatuskanavan sairauksien hoidossa. Täysjyväleivän sisältämät viljanjyvän kuoren ja alkion yhdisteet saavat aikaan leivän tiiviin rakenteen, tumman värin ja voimakkaan, karvaan ja viljaisen maun. Internetkyselyyn vastasi 1169 11‒75-vuotiasta Hesburgerin bonusklubin jäsentä (naisia 70 %, miehiä 30 %). Aistinvaraiseen kuluttajatestiin osallistui 71 13‒67-vuotiasta henkilöä (naisia 63 %, miehiä 37 %), joista 59 oli vastannut myös internetkyselyyn. Aistinvaraisessa testissä arvioitiin neljää hampurilaissämpylää, joista yksi oli tuotekehitysasteella oleva runsaskuituinen sämpylä. Internetkyselyssä tärkeimmiksi pikaruoan valintamotiiveiksi osoittautuivat ruoan maku, hinta ja nälkäisyys. Aistinvaraisessa testissä runsaskuituinen sämpylä jakoi arvioijien mielipiteet, mutta enemmistö arvioi voivansa valita sen hampurilaiseen. Runsaskuituinen sämpylä miellytti eniten internetkyselyssä runsaskuituisiin tuotteisiin positiivisesti suhtautuneita arvioijia. Tutkimuksen perusteella pikaruoan kuluttajien keskuudessa on ihmisiä, joille terveellisyys on merkittävä ruoanvalintamotiivi. Pikaruokayritysten haasteena on tunnistaa tämä kuluttajaryhmä ja kehittää sille kohdennettuja tuotteita, joissa yhdistyvät terveellisyys, aistinvarainen miellyttävyys ja kohtuullinen hinta.

Development of new halogen-free and multifunctional flame retardants

I avhandlingen undersöktes nya typer av halogenfria flamskyddsmedel. De utvecklade azoalkanföreningarna skyddar polypropenplaster mot brand även i små halter och kan samtidigt förbättra plasternas övriga egenskaper. Undersökningen har medfört viktigt kunnande i övergången från effektiva men på flera sätt problematiska bromerade flamskyddsmedel mot miljövänligare alternativ. I Auberts undersökningar framkom att speciellt symmetriska cykliska azoalkaner, såsom dicyklohexylazoföreningar, uppvisar goda flamskyddande egenskaper i polypropenprodukter. Betydande flamskydd uppnåddes vid anmärkningsvärt låga koncentrationer av föreningarna (0,5-2 vikts-%) och formuleringarna klarar DIN 4102 B2-standardtestet som mäter brandsäkerheten i byggprodukter. I doktorsavhandlingen syntetiserades även en ny, innovativ radikalgenerator, bis(1-propyloxy-2,2,6,6-tetrametylpiperidyl)-4-diazen (AZONOR), som klarade av förutom det ovannämnda testet även NF P92-505- samt det mera krävande UL 94 VTM-2-standardtestet. Förutom flamskyddande verkan uppvisade denna multifunktionella förening ett utmärkt UV-skydd i polypropenplaster. Även efter 2000 timmar av föråldring i klimatkammare kunde ingen betydande minskning av flamskyddsmedlets effekt eller förvittring av polymerfilmen observeras. Konsumtionen av plastprodukter håller på att öka. För att kunna uppfylla de nutida kraven på brandsäkerhet bör man tillsätta flamskyddsmedel till de i sig mycket brandfarliga plasterna. Internationellt forskas det mycket i att finna ersättande produkter för de allmänt använda bromerade flamskyddsmedlen. I Auberts undersökning hittades välfungerande och till sina bieffekter lindrigare föreningar för att ersätta bromerade medel. De nya föreningarna har väckt stort intresse inom den akademiska och företagsvärlden.

Monitorointimenetelmät membraanin likaantumisen seurantaan suodatuksen aikana

Membraani on ohut kalvo, jossa on pieniä nanomittakaavan reikiä, jotka erottavat partikkelit ja liuenneet yhdisteet liuoksesta. Membraanisuodatuksen käyttö on lisääntynyt merkittävästi vedenpuhdistuksessa, johtuen lisääntyneestä puhtaan veden tarpeesta ja tiukentuneista ympäristövaatimuksista. Tässä työssä esitellään reaaliaikaisia mittausmenetelmiä membraanin likaantumisen seurantaan. Esiteltyjä menetelmiä ovat suora havainnointi pinnan läpi, lasertriangulometria, varjoanalyysi, taittokykymittaus, kuvakatkaisu-menetelmä, partikkelin nopeusmääritys, radioisotooppinen merkintä ja ydinmagneettinen resonanssispektrometria. Mittausmenetelmien avulla likakerroksen paksuutta ja sen leviämistä on mahdollista seurata reaaliaikaisesti. Mittausmenetelmien soveltuvuus olemassa oleviin prosesseihin on vielä epävarmaa. Suurin osa menetelmistä on rajoittunut tiettyyn membraanin materiaaliin, tietynlaiseen membraanisuodatusprosessin rakenteeseen tai tiettyihin olosuhteisiin. Vallitsevien prosessiolosuhteiden lisäksi mittausanturin tulisi kestää myös puhdistusolosuhteet. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta voidaan löytää toimiva laitekokonaisuus tarvittavan tiedon tuottamiseen.

Mäntyöljyn tislauksen esikäsittely

Raakamäntyöljy on selluteollisuuden sivutuote. Suopa erotetaan mustalipeästä ja palstoitetaan tuottaen siten raakamäntyöljyä. Raakamäntyöljy tislataan tavanomaisesti viiteen pääjakeeseen: rasvahapot, hartsihapot, mäntyöljytisle, esiöljy ja mäntyöljypiki. Näiden jakeiden lisäksi raakamäntyöljyssä on erityisesti mustalipeästä siihen erottuneita epäpuhtauksia, jotka haittaavat raakamäntyöljyn prosessointia. Epäpuhtauksia ovat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet, kuten metallit, suolat ja ligniini. Nämä epäpuhtaudet aiheuttavat haitallisia reaktioita prosessissa huonontaen siten lopputuotejakeiden laatua. Tämän lisäksi epäpuhtaudet aiheuttavat saostumia prosessilaitteissa alentaen siten prosessointitehokkuutta. Raakamäntyöljyn esikäsittelyllä tehostetaan tislauksen toimintaa. Työssä esitetään esikäsittelymenetelmistä mm. degumming-menetelmä, laimea happopesu, hiilidioksidikäsittely, valkaisu ja lämpökäsittely. Menetelmien pohjalta valitaan tätä työtä varten yksi menetelmä, jonka pohjalta suunnitellaan kokeellisessa osassa suoritettavat kokeet. Kokeellinen osuus koostuu esikokeista, varsinaisista kokeista ja lisäkokeista. Menetelmän tarkoituksena on saavuttaa epäpuhtauksille 90–95 % reduktioaste. Kokeiden onnistumista tutkitaan analysoimalla alkuperäinen raakamäntyöljy, sekä jokaisen kokeen jälkeen erotetut faasit. Työssä saavutettiin hyvä erotustehokkuus. Alkuperäisen tavoitteen mukaista reduktioastetta ei pystytty määrittämään eri analyysimenetelmien ja niiden analyysituloksissa ilmenneiden eroavaisuuksien vuoksi, mutta lisäkokeiden ansiosta pystyttiin vahvistamaan kyseisen koejärjestelmän optimaalinen poistoaste. Lisäksi työssä havaittiin että esikäsittelytulos on hyvin riippuvainen käsiteltävän raaka-aineen koostumuksesta.

Altistuminen PAH-yhdisteille kreosoottikyllästetyn puun käsittelyssä

Tässä työssä selvitettiin altistutaanko kreosoottikyllästetyn puun käsittelyssä polysyklisille aromaattisille hiilivedyille ja mistä työsuojelullisista syistä altistumista tapahtuu. Lisäksi työssä selvitettiin mitä altistuminen tarkoittaa työnantajan kannalta. Altistumista tarkasteltiin työturvallisuuden näkökulmasta. Lähtöaineisto koostui maastossa toteutetuista tutkimuksista. Aineisto kerättiin kesällä 2009 kolmesta Itä-Suomessa sijaitsevasta kohteesta, joissa käsiteltiin kreosootilla kyllästettyä puuta. Altistumisen todentamiseksi tutkimukseen osallistuneilta työntekijöiltä pyydettiin virtsanäytteet, joista analysoitiin yhden yleisimmän PAH-altistumista indikoivan merkkiaineen, virtsan 1-pyrenolin pitoisuuksia työntekijöillä. Altistumisen syiden selvittämiseksi työntekijöitä haastateltiin ja havainnoitiin. Tulosten perusteella työntekijät altistuvat PAH-yhdisteille työssään. PAH-altistumisen merkkiaineena olleelle virtsan 1-pyrenolille ei toimenpiderajaa tällä hetkellä ole, mutta se on Työterveyslaitoksella suunnitteilla. Lainsäädäntö velvoittaa erinäisin toimenpitein työnantajaa minimoimaan työntekijöiden altistumisen syöpäsairauden vaaraa aiheuttaville aineille, kuten PAH-yhdisteille. Tulosten perusteella työsuojelutoimenpiteitä on syytä tehostaa altistumisen minimoimiseksi ja etenkin ihon suojaamiseen on syytä kiinnittää erityistä huomiota.

Sellu- ja paperiteollisuuden haitallisimmat ilmapäästöt

Diplomityössä luotiin katsaus sellu- ja paperiteollisuuden haitallisimpiin ilmapäästöihin ja ilmapäästömäärien kehitykseen Suomessa 1990-luvun alusta nykypäivään. Työssä tutustuttiin sellu- ja paperiteollisuuden ilmapäästöjä rajoittavan lainsäädännön ajankohtaisiin asioihin Suomessa ja Euroopan Unionissa, sekä tarkasteltiin nykyisen lainsäädännön perustana olleita ilmastosopimuksia eli kansainvälisen ilmastopolitiikan syntyä ja kehittymistä. Työssä on myös selvitetty ilman osuutta paperinvalmistuksessa, tutustuttu ilmapäästöjen rajoittamismenetelmiin ja eri mittausmenetelmiin ilmapäästöjen toteamiseksi. Työn puitteissa suoritettiin mittalaitetestejä eri paperitehtailla. Haitallisimpia ja määrällisesti suurimpia ilmapäästöjä sellu- ja paperiteollisuudessa ovat typen ja rikin oksidit, pelkistyneet rikkiyhdisteet, hiukkaset, haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) ja hiilidioksidi. Ilmapäästömäärät Suomessa ovat typenoksideja lukuun ottamatta olleet laskussa 1990-luvun alusta nykypäivään. Tärkein kasvihuonekaasu on hiilidioksidi, jonka määrää rajoitetaan Kioton sopimuksessa. Vuoden 2002 aikana selvinneekin, mikä on Kioton sopimuksen vaikutus Suomen metsäteollisuuteen. Päästömittauksia tarvitaan lainsäädännön raja-arvojen toteamiseksi, mittauksia suorittavat sertifioidut päästömittauslaboratoriot. Suoritetuissa mittalaitetesteissä havaittiin mittalaitteiden soveltuvuudessa kosteiden paperiprosessin poistokaasujen määrittämiseen suuria eroja.

Levyteollisuuden energia-, kustannus- ja ympäristövaikutukset

Kuluvien vuosien aikana ei ole tehty kattavia tutkimuksia levyteollisuuden sähkönkulutuksista, joten on aika selvittää suurimpien sähkökäyttöjen kulutukset sekä muodostaa tutkittaville tehtaille energiataseet. Tutkittavia tehtaita ovat OSB- ja lastulevytehtaat. Yksittäisten sähkömoottoreiden kulutukset saadaan selville käyttämällä hyväksi teoreettisia lähteitä, kenttä-ja laboratoriotutkimusta. Ympäristölainsäädäntö ja siihen kiinteästi liittyvä lupakäytäntö muodostavat levyteollisuudelle yhden viimeaikojen suurimmista haasteista. Tulevaisuudessa lainsäädäntö tulee vielä entisestäänkin kiristymään. Euroopan ympäristölainsäädäntö perustuu pitkälti yhtenäislupadirektiiviin eli IPPC-direktiiviin. Direktiivin keskeinen osa on ympäristöluvan hankkiminen, koska teollista toimintaa ei voi harjoittaa ilman hyväksyttyä viranomaisen lupaa. Lupa myös velvoittaa toiminnanharjoittajan käyttämään parasta käyttökelpoista tekniikkaa päästöjen kontrolloinnissa. Yhdysvalloissa parhaan käyttökelpoisen tekniikan (BAT) vaatimus on sisälletty ympäristövirasto EPA:n MACT-standardeihin. Levyteollisuuden tehtaista syntyvät päästöt ovat hyvin samankaltaisia. Tehtaista on helposti erotettavissa kaksi suurta päästölähdettä, joita ovat kuivaus ja kuumapuristus. Merkittävimpiä päästöjä ovat haihtuvat orgaaniset yhdisteet, hiukkaset, typen oksidit, hiilimonoksidi ja rikkidioksidit. Työn loppuosa on varattu tuotantojen kustannusvaikutusten ja tunnuslukujen tarkasteluille. Saatavilla tiedoilla on keskeinen rooli tehtaiden jokapäiväisessä toiminnassa. Analysoinnin tarpeeseen vaikuttaa osaltaan nykyisen toimintaympäristön muutosherkkyys ja levymarkkinoiden kireä kilpailutilanne.

Täytekappalekolonnin likaantumisen syyt ja likaantumisen vähentämisen menetelmiä

Lateksinvalmistusprosessin aikana syntyvää jätevettä käsitellään täytekappalekolonnissa siinä olevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden poistamiseksi. Käsittelyprosessin aikana jätevedessä oleva kiintoaine kiinnittyy täytekappaleiden pinnalle, lopulta tukkien ne. Täytekappaleiden vaihtotyö sekä likaantuneiden täytekappaleiden pesu aiheuttavat kustannuksia. Lainsäädäntö ja sopimus kunnallisen jäteveden käsittelyn kanssa vaativat, että haihtuvien yhdisteiden päästöt lasketaan tietyn tason alapuolelle. Työn ensimmäisenä tavoitteena oli tutkia lateksitehtaan jätevesivirtojen koostumusta massa- ja ainetaseiden avulla, erityisesti täytekappalekolonnia likaavan aineen osalta. Toisena tavoitteena oli löytää menetelmiä pidentää täytekappalekolonnin ajojaksoa nykyisestä. Kolmantena tavoitteena oli löytää tai kehittää esikäsittelymenetelmä likaavan aineen poistamiseksi ennen täytekappalekolonnia. Viimeisenä tavoitteena oli optimoida prosessin ajotapa, josta saavutettaisiin säästöjä vähentyneenä energiankulutuksena. Tutkimuksen perusteella täytekappalekolonni poistaa syntyvästä jätevedestä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä 100 prosenttia sekä kemiallista hapenkulutusta 99,5 prosenttia. Täytekappalekolonnin ajojaksoa voidaan pidentää ennakoimalla kolonnin ylä- ja alapään paine-eron perusteella sen likaantumisastetta ja täytekappaleiden vaihtotarvetta. Tutkimuksen perusteella soveltuvia jäteveden esikäsittelymenetelmiä ovat dekantointi, jossa kuuden tunnin viipymällä poistetaan kiintoainetta sekä hallittu kiintoaineen saostus, jossa kymmenen minuutin viipymällä poistetaan sekä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, että kiintoainetta. Energiankulutusta voidaan optimoida vähentämällä höyryn virtausta täytekappalekolonniin erotustehokkuuden siitä kärsimättä.

BIOTULI - Selvitys bioliiketoiminnan uusista liiketoimintamahdollisuuksista ja -malleista

Tämä raportti on osa BIOTULI-projektia, jossa tutkitaan biojalostamoiden uusia tuotteita ja liiketoimintamalleja. Raportin tavoitteena on selvittää, millaisilla liiketoimintamalleilla BIOTULI-projektissa löytyneitä potentiaalisia bioliiketoimintamahdollisuuksia pystytään hyödyntämään pk-yrityksen näkökulmasta. Tavoitteena on myös tutkia millaisen toimitusketjun liiketoimintamalli vaatii, ja millä edellytyksillä sen toteuttaminen on kannattavaa. Raportissa tarkastellaan torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistämistä sekä BIOTULI-projektissa kehitetyn uuden erottelumenetelmän hyödyntämistä biohajoavan desinfiointiaineen valmistuksessa. Selvitystyö toteutettiin asiantuntijahaastatteluiden ja kirjallisuuskatsauksen perusteella. Molemmille casetapauksille muodostettiin liiketoimintamalli sekä arvioitiin sen toteutettavuutta ja kehitysnäkymiä. Torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistäminen ei tehdyn analyysin perusteella ole tällä hetkellä kannattavaa, mutta muutokset markkinatilanteessa voivat muuttaa tilannetta tulevaisuudessa. Biohajoavan desinfiointiaineen valmistuksessa on potentiaalia kannattavaan liiketoimintaan, mutta tutkimus on vielä kesken, joten tarkkaa liiketoiminnan tai sen kannattavuuden arviointia ei vielä voi tehdä. Työn tuloksia voi käyttää pohjana tarkemmille kannattavuusarvioille.

Pienten yksiköiden talousveden laatuvaatimukset ja - suositukset

Talousvesi sisältää paljon erilaisia yhdisteitä, joista osa on ihmiselle haitallisia, tällaisia yhdisteitä ovat muun muassa klooratut hiilivedyt. Haitallisten yhdisteiden määrän minimoimiseksi talousvedessä talousveden vieraille aineille on määrätty asetuksissa enimmäispitoisuuksia sekä – tiheyksiä. Näitä laatuvaatimuksia sekä – suosituksia noudattamalla talousvesi on käyttökelpoista. Talousvedellä ei tällöin ole haitallisia terveysvaikutuksia eikä se vahingoita vesilinjastoja. Kirjallisuusosassa selvitetään pienten yksiköiden talousveteen liittyvän sosiaali- ja terveysministeriön asetuksen sisältöä. Mitä asetus pitää sisällään, keitä asetus koskee ja miksi asetukseen kirjatut yhdisteet ja aineet ovat ihmiselle haitallisia sekä mitä terveysvaikutuksia kyseisillä aineilla on. Kokeellisessa osiossa analysoitiin kolmesta näytteestä osa sosiaali- ja terveysministeriön asettamista vaatimuksista. Pääsääntöisesti mitattiin epäorgaanisia aineita sekä ioneja. Mittaukset suoritettiin ionikromatografilla, liekki-atomiabsorptiospektrometrillä, TOC-analysaattorilla, COD-putkilla, pH-, johtokyky- sekä sameusmittarilla.

Kaasukromatografi-massaspektrometrin käyttö haihtuvien orgaanisten yhdisteiden analytiikassa ja kynureniinipolun kuuden metaboliitin analysointi solunäytteistä

Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (eng. volatile organic compound, VOC) ovat yksi yleisimmistä ja laajimmalle levinneistä ympäristökontaminaattiryhmistä. VOC- yhdisteryhmän yhdisteet ovat määritelmän mukaisesti haihtuvia, molekyylimassaltaan pieniä (16-250 Da) yhdisteitä, joista suurin osa on joko haitallisia tai myrkyllisiä. VOC- yhdisteet pääasiallisesti emittoituvat ympäristöön ihmisen toiminnasta johtuen (teollisuus, autot, maatalous) ja päätyvät luonnossa vesistöihin ja maaperään. Ihmisille haitallisten ominaisuuksien lisäksi, VOC-yhdisteet vaikuttavat esimerkiksi ilmaston lämpenemiseen ja savusumujen syntyyn. Edellä mainittujen ominaisuuksien vuoksi on tärkeää analysoida VOC-yhdisteiden pitoisuuksia. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden ryhmän laajuus, ja fysikaalisten sekä kemiallisten ominaisuuksien (poolisuus, höyrynpaine, vesiliukoisuus) erot asettavat haastetta niiden analysointiin. Yleisimmin VOC-yhdisteitä analysoidaan kaasukromatografia- massaspektrometrin avulla. Pro gradu -tutkielman kirjallisessa osassa käydään läpi VOC-yhdisteiden analytiikassa käytettyjä erilaisia GC-MS-laitekokonaisuuksia ja niiden ominaisuuksia. Lisäksi keskitytään VOC-yhdisteiden erilaisiin näytteenkäsittelymenetelmiin vesi-, maa- ja sedimettinäytteissä. Kokeellisessa osassa analysoitiin kuutta kynureniinipolun metaboliittia solunäytteistä. Kynureniinipolku on nisäkkäillä tärkein tryptofaanin katabolinen polku. Kynureniinipolku aktivoituu entsymaattisesti esimerkiksi tulehdusten, hermostoa rappeuttavien prosessien ja immuunivasteen aikana. Kynureniinipolun yhdisteiden uskotaan lisäävän solun toksisuutta, mutta parantavan sen kykyä lisääntyä ja vähentävän solukuolleisuutta. Esimerkiksi 3-hydroksikynureniinin lisääntynyt määrä on yhdistetty hermostoperäisiin sairauksiin, kuten Huntingtonin- ja Parkinsonin tautiin. Kokeellisessa osassa luotiin yhdistespesifinen MRM-menetelmä, ultra korkean erotuskyvyn nestekromatografi-sähkösumutusionisaatio- kolmoiskvadrupolimassaspektrometrille. Luodulla ja optimoidulla menetelmällä kvantitoitiin soluviljelmänäytteistä samanaikaisesti L-kynureniini-, kynureniinihappo-, 3-hydroksikynureniini-, antraniilihappo-, 3-hydroksiantraniilihappo-, sekä kinoliinihappo-pitoisuudet sisäisen- ja ulkoisen standardin menetelmällä. Solunäytteiden päämetaboliiteiksi havaittiin kynureniini, kunyreniinihappo, sekä antraniilihappo. Ainoastaan 3-hydroksikynureniinihappoa ja kinoliinihappoa ei havaittu yhdestäkään näytteestä.

Tanniinien ja proteiinien väliseen vuorovaikutuksen tutkimiseen käytettävät kemialliset menetelmät

Tanniinit ovat kasvien tuottamiin sekundaarimetaboliitteihin kuuluva polyfenolinen yhdisteryhmä. Maakasvit tuottavat aineenvaihdunnaassaan kahdenlaisia tanniineja: hydrolysoituvia tanniineja sekä kondensoituneita tanniineja eli proantosyanidiineja. Tanniinien on jo satojen vuosien ajan tiedetty saostavan proteiineja, mutta vasta nykyaikaisilla analyysitekniikoilla on onnistuttu tutkimaan saostureaktion aikana vallitsevia vuorovaikutuksia ja sidoksen muodostusta. Merkittävimpiä analyysitekniikoita tanniini‒proteiini -kompleksien tutkimuksessa ovat isoterminen titrauskalorimetria, massaspektrometria, turbidimetriset menetelmät sekä elektroforeettiset menetelmät. Tanniini‒proteiini -kompleksit muodostuvat olosuhteista riippuen joko kovalenttisesti tai ei-kovalenttisesti. Kovalenttiset kompleksit muodostuvat alkaalisissa ja hapettavissa olosuhteissa ja ne pysyvät todennäköisesti liukoisessa muodossa. Neutraaleissa tai heikosti happamissa olosuhteissa syntyy ei-kovalenttisia tanniini‒proteiini -komplekseja, jotka ovat herkästi saostuvia. Merkittävimipiä ei-kovalenttisia vuorovaikutuksia kompleksinmuodostuksessa ovat vetysitoutuminen ja hydrofobiset vuorovaikutukset. Liukoisten ja liukenemattomien kompleksien tutkimuksessa on usein turvauduttava eri analyysimenetelmiin, koska vain harva kokeellinen menetelmä soveltuu sekä liukoisille että saostuville analyyteille. Tämän tutkielman kirjallisessa osassa käsitellään lyhyesti tämänhetkinen käsitys ei-kovalenttisesta ja kovalenttisesta tanniini‒proteiini -kompleksinmuodostuksesta. Kirjallisessa osassa keskitytään niiden analyysimenetelmien käsittelyyn, joita on käytetty tanniini‒proteiini -vuorovaikutusten tutkimuksessa. Kokeellisessa osassa kehitettiin uusia menetelmiä tanniini‒proteiini -kompleksien tutkimiseen sekä yksi menetelmä proteiiniaffiniteettisten yhdisteiden tunnistamiseen kasviuutteesta. Ensimmäisessä kehitetyssä menetelmässä tanniini‒proteiini -komplekseja sekä reagoimatonta proteiinia analysoitiin UHPLC- ja HPLC-DAD-MS/MS-laitteistojen avulla, jolloin voitiin tarkkailla proteiinin massaspektrin muutoksia sekä eluutiokäyttäytymistä käänteisfaasiolosuhteissa ennen ja jälkeen kompleksin muodostuksen. Toisessa uudessa menetelmässä proteiiniin sitoutuneiden tanniinien osuus määritettiin käänteisesti kokonaisfenolipitoisuuden mittaukseen tarkoitetulla spektrofotometrisella menetelmällä. Lopuksi määritettiin kasviuutteen proteiiniin sitoutuvat yhdisteet vertaamalla alkuperäisen uutteen yhdistekoostumusta sellaisen uutteen yhdistekoostumukseen, josta proteiineihin sitoutuvat yhdisteet oli poistettu. Yhdisteiden määritykseen käytettiin UHPLC-DAD-MS/MS-laitteistoa.

Perfluorattuja yhdisteitä sisältävien jätevesien puhdistus- ja analyysimenetelmät

Perfluoratut alkyyliyhdisteet eli PFAS-yhdisteet ovat synteettisiä orgaanisia yhdisteitä, joissa on fluorattu hiiliketju. Hiilen ja fluorin väliset vahvat sidokset ovat muodostuneet ongelmaksi jätevedenpuhdistamoilla, sillä yhdisteet eivät hajoa puhdistamoilla käytössä olevilla vedenpuhdistusmenetelmillä. Yhdisteitä kertyy luontoon jätevesien mukana. Kandidaatintyössä on vertailtu yhdisteitä sisältävien vesien käsittelymenetelmiä parhaiten soveltuvan menetelmän löytämiseksi. Menetelmien kustannuksia tai soveltuvuutta vedenpuhdistamomittakaavan prosessiksi ei ole arvioitu. Lisäksi työssä on koottu yhdisteitä sisältävien jätevesien analysointiin sopivia analyysimenetelmiä. Soveltuvat puhdistus- ja analyysimenetelmät on esitelty uusien tieteellisten artikkelien pohjalta. Mahdollisia erotusmenetelmiä ovat membraanierotus ja sorptio. Membraaneista soveltuvimpia ovat nanosuodatus- ja käänteisosmoosimembraanit, joilla erottuvat jopa 0,0001 μm:n kokoiset partikkelit. PFAS-yhdisteet voidaan erottaa sorptiolla muun muassa aktiivihiileen. Yhdisteiden rakenne hajoaa nykyaikaisilla hapetusmenetelmillä ja polttamalla lietteen mukana. Hapettaminen permanganaatin avulla ei tuottanut hyvää tulosta, mutta fotokemiallisella hapetuksella ja alhaisen lämpötilan plasmatekniikalla (NTP) yhdisteiden rakenne hajosi lähes kokonaan. Fotokemiallinen hapetus onnistui erityisesti perfluorokarboksyylihapoilla, joiden rakenne hajosi jopa kolmessa tunnissa. Yleisimmin käytetty analyysimenetelmä on nestekromatografin ja massaspektrometrin yhdistelmä (LC-MS/MS) ja matriisivaikutus minimoidaan tyypillisesti kiinteäfaasiuutolla (SPE). Työssä esitellyistä käsittelymenetelmistä parhaiten soveltuva on NTP-menetelmä, koska sillä saatiin tutkimusten mukaan hajotettua yhdisteiden rakenne muita menetelmiä lyhyemmässä ajassa ja se soveltuu parhaiten kaikille PFAS-yhdisteille. NTP-menetelmässä ei tarvita katalyyttiä tai lisäkemikaaleja. Voimakkaana hapettimena toimivat epästabiilit hydroksyyliradikaalit, jotka syntyvät koronapurkauksen kautta. Koronapurkauksessa muodostuu myös otsonia ja lisäksi vapaa happi voi tehostaa hapettumista. Menetelmässä muodostuvien hajoamistuotteiden hallinta vaatii lisätutkimusta. Mahdollinen hallintakeino voisi olla esimerkiksi hapettumisessa vapautuvien fluoridi-ionien saostaminen. Muodostuvien hajoamistuotteiden toksisuutta voitaisiin tarkkailla biosensorilla.

Suomalaisten marjojen fenoliyhdisteet ja niiden stabiilisuus prosessoinnin ja säilytyksen aikana

Suomalaiset marjat sisältävät huomattavia määriä erilaisia fenoliyhdisteitä ja ne ovat siksi erinomaisia fenoliyhdisteiden lähteitä moniin muihin elintarvikkeisiin verrattuna. Fenoliyhdisteet ovat kasveissa syntyviä aineenvaihduntatuotteita, joilla on todettu olevan terveyden kannalta positiivia vaikutuksia. Ne antavat kasvikunnan tuotteille niiden tunnusomaisen värin sekä toimivat suoja-aineina taudinaiheuttajia vastaan. Erityisesti elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuus jalostavat marjoja erilaisiksi lopputuotteiksi. Fenoliyhdisteet tuovat näihin tuotteisiin hyödyllisiä terveysvaikutuksia ja ne voivat toimia niissä myös väripigmentteinä. Fenoliyhdisteet ovat kuitenkin suhteellisen epästabiileja yhdisteitä. On havaittu, että prosessointi- ja säilytystavat vaikuttavat huomattavasti niiden stabiilisuuteen ja hajoamiseen. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen vaikuttavia tekijöitä prosessoinnin ja säilytyksen aikana kirjallisuuden pohjalta. Tämän työn tulosten perusteella marjojen prosessointi kannattaa suorittaa mahdollisimman lyhyessä ajassa matalissa lämpötiloissa, sillä monet fenoliyhdisteistä eivät ole pitkään lämpöstabiileja. Säilytys kannattaa tehdä myös matalissa lämpötiloissa; pitkänä säilytysaikana pakastettuna. Korkea pH vaikuttaa usean fenoliyhdisteen hajoamiseen ja se saattaa aiheuttaa tuotteissa värinmuutoksia. Valo, hapen läsnäolo sekä erilaiset muut yhdisteet voivat vaikuttaa heikentävästi fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen sekä prosessoinnin että säilytyksen aikana. Fenoliyhdisteiden stabiilisuus on hyvin rakennekohtaista ja siksi prosessoinnin ja säilytyksen tarkkojen vaikutusten yleistäminen kaikkiin fenoliyhdisteisiin on vaikeaa.