Kosteikkosedimentin fosforivarat ja niiden käyttökelpoisuus kasveille

Maatalouden ympäristötukiohjelmalla pyritään vähentämään maatalouden ravinnekuormitusta, sillä valtaosa fosforin hajakuormituksesta on peräisin maataloudesta. Maataloudesta peräisin olevan fosforin rehevöittävää vaikutusta vesistöissä voidaan pyrkiä vähentämään kosteikoilla, joiden päätarkoituksena on saada valumaveden mukana erodoitunut maa-aines sedimentoitumaan kosteikon pohjalle. Kosteikkojen toimivuudesta ja vesiensuojelun merkityksestä on kuitenkin Suomessa tehdyissä tutkimuksissa saatu ristiriitaisia tuloksia. Tämän työn tavoitteena on selvittää maa-analyysien avulla, mitä valuma-alueelta erodoitunut fosforille tapahtuu kosteikon sedimentissä ja kuinka hyvin sedimentoitunut aines soveltuu kasvualustaksi kasvintuotannossa. Valuma-alueen maanäytteitä ja kosteikon sedimenttinäytteitä vertailemalla havaittiin kosteikossa tapahtuvan erodoituneen maa-aineksen lajittumista. Kosteikosta otetussa sedimenttinäytteessä oli 48 % enemmän savesta kuin valumapellon muokkauskerroksen maanäytteissä. Lisäksi havaittiin, että savespitoisuuden lisääntyminen lisäsi sedimentin reaktiivista pinta-alaa, koska sedimentissä oli 45 % enemmän alumiini- ja rautahydroksideja kuin valuma-alueelta otetuissa maanäytteissä. Hydroksidien runsauden takia fosforin sorptiokapasiteetti oli sedimentissä 52 % suurepi kuin valuma-alueelta otetuissa näytteissä. Sedimenttinäytteiden fosforin sorptiokyllästysaste oli kuitenkin samansuuruinen verrattuna valuma-alueelta otettuihin näytteisiin, sillä hapettuneessa sedimentissä oli 50 % enemmän alumiini- ja rautahydroksidien sitomaa fosforia. Näytteenottohetkellä sedimentti oli pelkistyneessä tilassa, jolloin sen vesiuuttoisen fosforin määrä oli huomattavasti suurempi kuin hapettuneessa sedimentissä. Vastaavasti sedimentin hapettuessa fosforin sorptiokyky kasvoi huomattavasti, sillä pelkistyneestä sedimentistä desorboitui fosforia kosteikon veteen. Tämä havaittiin myös astiakokeessa, sillä sedimentissä kasvanut raiheinä kärsi voimakkaasta fosforin puutoksesta niillä lannoitustasoilla, joilla valuma-alueen maanäytteessä kasvaneella raiheinällä ei silmämääräisesti havaittu esiintyvän puutosoireita. Sedimentin toiselle sadolle annetulla kolminkertaisella fosforin lisälannoituksella saavutettiin samansuuruiset sadon kuiva-ainemäärät, fosforipitoisuudet ja fosforin otot kuin valuma-alueen maanäytteissä kasvaneella ensimmäisellä sadolla oli. Astiakokeen tulosten perusteella pelkistyneessä tilassa ollut sedimentti soveltuu heikosti kasvintuotannon kasvualustaksi suuren fosforisorptiokykynsä ansiosta. Parhaiten sedimentti soveltuisi runsaasti helppoliukoista fosforia sisältäville alueille, kuten karjan jalottelutarhan pohjamateriaaliksi, vähentämään ympäristöön kohdistuvaa fosforikuormitusta.

Nature of nitrogen adsorbed on transition metal surfaces as revealed by electron spectroscopy and cognate techniques

The nature of the chemisorbed states of nitrogen on various transition metal surfaces is discussed comprehensively on the basis of the results of electron spectroscopic investigations augmented by those from other techniques such as LEED and thermal desorption. A brief discussion of the photoemission spectra of free N2, a comparison of adsorbed N2 and CO as well as of physisorption of N2 on metal surfaces is also presented. We discuss the chemisorption of N2 on the surfaces of certain metals (e.g. Ni, Fe, Ru and W) in some detail, paying considerable attention to the effect of electropositive and electronegative surface modifiers. Features of the various chemisorbed states (one or more weakly chemisorbed gamma-states, strongly chemisorbed alpha-states with bond orders between 1 and 2. and dissociative chemisorbed beta-states) on different surfaces are described and relations between them indicated. While the gamma-state could be a precursor of the alpha-state, the alpha-state could be the precursor of the beta-state and this kind of information is of direct relevance to ammonia synthesis. The nature of adsorption of N2 on the surfaces of some metals (e.g. Cr, Co) deserves further study and such investigations might as well suggest alternative catalysts for ammonia synthesis.

Removal of hexavalent chromium using coffee husk

The potential to remove chromium(VI) from aqueous solutions through biosorption using coffee husk was investigated. The effects of pH, contact time, initial concentration and adsorbent dosage on the adsorption of Cr(VI) were studied. The data obeyed Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The Langmuir adsorption capacity was found to be 44.95 mg/g. The Freundlich constants K-f and n were 1.027 mg/g (litre/mg)(n)] and 1.493, respectively. Desorption studies indicated the removal of 60% of the hexavalent chromium. Infrared spectral studies revealed the presence of functional groups, such as hydroxyl and carboxyl groups, on the surface of the biomass, which facilitates biosorption of Cr(VI).

Desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa takavarikoitujen huumausaineiden, steroidien ja räjähdysaineiden tutkimuksessa

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa tekniikan (engl. desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI) soveltuvuutta rikosteknisen laboratorion näytteiden analysointiin. DAPPI on nopea massaspektrometrinen ionisaatiotekniikka, jolla voidaan tutkia yhdisteitä suoraan erilaisilta pinnoilta. DAPPI:ssa käytetään lämmitettyä mikrosirua, joka suihkuttaa höyrystynyttä liuotin- ja kaasuvirtausta kohti näytettä. Näytteen pinnan komponentit desorboituvat lämmön vaikutuksesta, jonka jälkeen ionisoituminen tapahtuu VUV-lampun emittoimien fotonien avulla.DAPPI:lla tutkittiin takavarikoituja huumausaineita, anabolisia steroideja ja räjähdysaineita sekä niiden jäämiä erilaisilta pinnoilta. Lisäksi kartoitettiin DAPPI:n mahdollisuuksia ja rajoituksia erilaisille näytematriiseille ilman näytteiden esikäsittelyä. Takavarikoitujen huumausaineiden tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tabletteja, jauheita, kasvirouheita, huumekasveja (khat, oopium, kannabis) ja sieniä. Anabolisia steroideja tunnistettiin tableteista sekä ampulleista, jotka sisälsivät öljymäistä nestettä. Jauheet ripoteltiin kaksipuoliselle teipille ja analysoitiin siltä. Muut näytteet analysoitiin sellaisenaan ilman minkäänlaista esikäsittelyä, paitsi nestemäisten näytteiden kohdalla näyte pipetoitiin talouspaperille, joka analysoitiin DAPPI:lla. DAPPI osoittautui nopeaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi takavarikoitujen huumausaineiden ja steroidien analysoimisessa. Se soveltui hyvin rikoslaboratorion erityyppisten näytteiden rutiiniseulontaan ja helpotti erityisesti huumekasvien ja öljymäisten steroidiliuosten tutkimusta. Massaspektrometrin likaantuminen pystyttiin ehkäisemään säätämällä näytteen etäisyyttä sen suuaukosta. Likaantumista ei havaittu huolimatta näytteiden korkeista konsentraatioista ja useita kuukausia jatkuneista mittauksista. Räjähdysaineiden tutkimuksessa keskityttiin seitsemän eri räjähdysaineen DAPPI-MS-menetelmän kehitykseen; trinitrotolueeni (TNT), nitroglykoli (NK), nitroglyseriini (NG), pentriitti (PETN), heksogeeni (RDX), oktogeeni (HMX) ja pikriinihappoä Nämä orgaaniset räjähteet ovat nitraattiyhdisteitä, jotka voidaan jakaa rakenteen puolesta nitroamiineihin (RDX ja HMX), nitroaromaatteihin (TNT ja pikriinihappo) sekä nitraattiestereihin (PETN, NG ja NK). Menetelmäkehityksessä räjähdysainelaimennokset pipetoitiin polymetyylimetakrylaatin (PMMA) päälle ja analysoitiin siitä. DAPPI:lla tutkittiin myäs autenttisia räjähdysainejäämiä erilaisista matriiseista. DAPPI:lla optimoitiin jokaiselle räjähdysaineelle sopiva menetelmä ja yhdisteet saatiin näkymään puhdasaineina. Räjähdysainejäämien analysoiminen erilaisista rikospaikkamateriaaleista osoittautui haastavammaksi tehtäväksi, koska matriisit aiheuttivat itsessään korkean taustan spektriin, josta räjähdysaineiden piikit eivät useimmiten erottuneet tarpeeksi. Muut desorptioionisaatiotekniikat saattavat soveltua paremmin haastavien räjähdysainejäämien havaitsemiseksi.

Desorptioilmanpainefotoionisaatio- ja desorptiosähkösumutusionisaatio-massaspektrometria lipidien analytiikassa

Lipidit ovat rasvaliukoisia kudoksesta peräisin olevia yhdisteitä, joilla on monia eri fysiologisia tehtäviä. Lipidien analyysimenetelmien kehittämien on tärkeää, sillä niiden esiintymistä elimistössä voidaan käyttää biomarkkerina sairauksien diagnostiikassa ja apuna sairauksien kehittymismekanismien tutkimisessa. Lipideihin kuuluu polaarisuudeltaan ja rakenteeltaan hyvin erilaisia yhdisteitä. Niiden massaspektrometria-analytiikassa on aikaisemmin käytetty useita erilaisia ionisaatiomenetelmiä, jotka vaativat näytteen esikäsittelyn ennen analyysia. Desorptiosähkösumutusionisaatio-massaspektrometria (DESI-MS) ja desorptio-ilmanpainefotoionisaatio-massaspektrometria (DAPPI-MS) ovat uusia ionisaatio-menetelmiä, jotka mahdollistavat yhdisteiden analysoinnin suoraan eri matriiseista, kuten kudosnäytteistä, usein ilman esikäsittelyä. DESI-MS soveltuu parhaiten suhteellisen polaaristen yhdisteiden analytiikkaan, kun taas DAPPI:lla voidaan ionisoida myös poolittomia yhdisteitä. DESI-MS:lla on jo aikaisemmin analysoitu erilaisia lipidejä, kun taas DAPPI-MS:lla on aikaisemmin analysoitu vain steroideja. DAPPI- ja DESI-MS:lla tutkittiin erilaisten lipidien (fosfolipidit, triglyseridit, rasvahapot, rasvaliukoiset vitamiinit ja steroidit) ionisoitumista. Molemmilla menetelmillä optimoitiin standardiyhdisteille mittausolosuhteet. Lipidejä analysoitiin myös suoraan farmaseuttisista valmisteista. DAPPI:n ja DESI:n soveltuvuudessa erilaisten lipidien ionisoimiseen oli jonkin verran eroja. DAPPI toimi hyvin varsinkin poolittomampien lipidien, eli triglyseridien, steroidien, vitamiinien ja rasvahappojen ionisaatiossa, mutta huonosti hieman polaarisempien ja herkästi hajoavien fosfolipidien ionisaatiossa. Fosfolipidit fragmentoituivat DAPPI-ionisaatiossa, eikä moolimassatiedon sisältävää ionia saatu näkyviin. DESI puolestaan toimii hyvin fosfolipidien ionisoimisessa ja melko hyvin myös muiden tutkittavien lipidien ionisoimisessa, lukuunottamatta kaikkein poolittomimpia lipidejä. Uutta tietoa tutkimuksessa saatiin varsinkin DAPPI:n soveltuvuudesta erilaisten lipidien analytiikkaan. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että DAPPI toimii yhtä hyvin tai jopa DESI:a paremmin useiden eri lipidien analytiikkassa. Menetelmää tulisi kuitenkin kehittää edelleen, jotta fosfolipidien, jotka ovat elimistön tärkeä lipidiryhmä, analysointi onnistuisi DAPPI:lla. Työssä ei analysoitu lipidejä suoraan kudosnäytteestä, joten DAPPI:n soveltuvuudesta lipidien analysointiin suoraan kudosnäytteistä ei voida tehdä johtopäätöksiä tämän työn perusteella.

Dependence of the strength of interaction of carbon monoxide with transition metal clusters on the cluster size

The interaction of CO with Cu, Pd, and Ni at different coverages of the metals on solid substrates has been investigated by He II and core-level spectroscopies, after the nature of variation of the metal core-level binding energies with the coverage or the cluster size is established. The separation between the (1 pi + 5 sigma) and 4 sigma levels of CO increases with a decrease in the size of the metal clusters, accompanied by an increase in the desorption temperature. In the case of Cu, the intramolecular shakeup satellite of CO disappears on small clusters. More importantly, CO dissociates on small Ni clusters, clearly confirming that metal-CO interaction strength increases with a decrease in the cluster size.

Interaction of carbon monoxide with bimetallic overlayers

Interaction of carbon monoxide with a few chosen bimetallic overlayers has been investigated along with the core-level binding energies of the deposited metals by employing X-rays as well as UV photoelectron spectroscopies. Core-level binding energies of the deposited metals around monolayer coverages (0 similar to 1) are significantly different than those at high coverages or of the pure metals. Bimetallic overlayers such as Ni/Au and Cu/Pt showing large negative shifts in the surface core-level binding energy of the deposited metal interact strongly with carbon monoxide. In the case of Ni/Au (0(Ni) similar to 0.85), CO dissociates around 280 K. In contrast to this behavior, the interaction of CO with Pd/Mo or W, showing large positive shifts in the surface core-level binding energy, is very weak, and the CO desorption temperature is much lower than that from the clean Pd metal surface. The CO desorption temperature generally increases as the surface core-level shift of the deposited metal becomes more negative; the separation between the (5 sigma + 1 pi) and 4 sigma levels of CO also increases in this direction. These results suggest that the variation in the strength of interaction of CO with bimetallic overlayers is a chemical manifestation of the shift in the surface core-level binding energies of the deposited metals at monolayer coverages.

Reactivity and catalytic activity of layered YBA2CU3O7-delta (123) type defect perovskites

The chemical modifications of structure, reactivity and catalytic properties of layered triple perovskite oxides, related to the YBa2Cu3O7-delta (123) system, have been briefly reviewed. These oxides form a versatile family of materials with wide-ranging chemical and physical properties. The multiple sites available for chemical doping, and the ability to reversibly intercalate oxygen at the defect sites have rendered these oxides important model systems in the area of oxide catalysis. An attempt has been made to comprehend the hitherto known catalytic reactions and correlate them to various factors like structure, oxygen diffusional limitations, different geometries adopted by various substituents, oxidative non-stoichiometry and activation energy for oxygen desorption. In particular, results on the enhanced catalytic activity of cobalt-substituted 123 oxide systems towards the selective catalytic oxidation of ammonia to nitric oxide and carbon monoxide to carbon dioxide are presented.

Applicability of Butler's equation in interpreting the thermodynamic behavior of surfaces and adsorption in Fe-S-O melts

Expressions for various second-order derivatives of surface tension with respect to composition at infinite dilution in terms of the interaction parameters of the surface and those of the bulk phases of dilute ternary melts have been presented. A method of deducing the parameters, which consists of repeated differentiation of Butler's equations with subsequent application of the appropriate boundary conditions, has been developed. The present investigation calculates the surface tension and adsorption functions of the Fe-S-O melts at 1873 and 1923 K using the modified form of Butler's equations and the derived values for the surface interaction parameters of the system. The calculated values are found to be in good agreement with those of the experimental data of the system. The present analysis indicates that the energetics of the surface phase are considerably different from those of the bulk phase. The present research investigates a critical compositional range beyond which the surface tension increases with temperature. The observed increase in adsorption of sulfur with consequent desorption of oxygen as a function of temperature above the critical compositional range has been ascribed to the increase of activity ratios of oxygen to sulfur in the surface relative to those in the bulk phase of the system.

Methanol-to-gasoline (MTG) conversion over ZSM-5. A temperature programmed surface reaction study

The conversion of methanol to gasoline over zeolite ZSM-5 has been studied by temperature programmed surface reaction (TPSR). The technique is able to monitor the two steps in the process: the dehydration of methanol to dimethyl ether and the subsequent conversion of dimethyl ether to hydrocarbons. The activation barriers associated with each step were evaluated from the TPSR profiles and are 25.7 and 46.5 kcal/mol respectively. The methanol desorption profile shows considerable change with the amount of methanol molecules adsorbed per Bronsted site of the zeolite. The energy associated with the desorption process, (CH3OHH+-ZSM5 --> (CH3OHH+-ZSM5 + CH3OH, shows a spectrum of values depending on n.

New uniform solid catalyst for the low-temperature oxidation of carbon monoxide: A triple-layered rare earth perovskite containing Co and Cu ions

Oxygen reactivity and catalytic activity of the cobalt-containing layered defect perovskites, YBa2Cu2CoO7+delta and LaBa2Cu2CoO7+delta, in comparison with LaBa2Cu3O7-delta have been investigated employing temperature-programmed desorption (TPD) and temperature-programmed surface reactions (TPSR) in the stoichiometric and catalytic mode using carbon monoxide as a probe molecule. TPD studies showed evidence for the presence of two distinct labile oxygen species, one at (0 0 1/2) sites and the other at (0 1/2 0) sites in LaBa2Cu2CoO7+delta against a single labile species at (0 1/2 0) in the case of two other oxides. The activation energies for the catalytic oxidation of carbon monoxide by oxygen over LaBa2Cu3O7-delta, YBa2Cu2CoO7+delta, and LaBa2Cu2CoO7+delta have been estimated to be 24.2, 15.9, and 13.6 kcal/mol, respectively. The reactivity and catalytic activity of the oxide systems have been interpreted in terms of the structural changes brought about by substituents, guided by a directing effect of the larger rare earth cation. TPSR profiles, structural analysis, and infrared spectroscopic investigations suggest that the oxygen present at (0 0 1/2) sites in the case of LaBa2Cu2CoO7+delta is accessible to catalytic oxidation of CO through a Mars-Van Krevelen pathway. Catalytic conversion of CO to CO2 over LaBa2Cu2CoO7+delta occurs at 200 degrees C. The enhanced reactivity is explained in terms of changes brought about in the coordination polyhedra around transition metals, enhanced basal plane oxygen diffusivity, and redox potentials of the different transition metal cations.

The effect of temperature on the surface tension and adsorption functions of the Fe-S-O melts - an analysis based on interaction parameters

The present investigation analyses the thermodynamic behaviour of the surfaces and adsorption as a function of temperature and composition in the Fe-S-O melts based on the Butler's equations. The calculated-values of the surface tensions exhibit an elevation or depression depending on the type of the added solute at a concentration which coincides with that already present in the system. Generally, the desorption of the solutes as a function of temperature results in an initial increase followed by a decrease in the values of the surface tension. The observations are analyzed based on the surface interaction parameters which are derived in the present research.

Thiophene adsorption studies on clean and hydrogen-preadsorbed MoS2(100) surface

It is known from temperature-programmed desorption studies that the binding energy of thiophene over Mo/gamma-Al2O3 and Co-Mo/gamma-Al2O3, hydrodesulfurization catalysts, is lower in the presence of hydrogen. The adsorption of thiophene on clean and hydrogen-adsorbed MoS2 was modelled using extended Huckel tight binding band structure calculations. In the eta(1) adsorption configuration the calculations show a lower binding energy for adsorption on the hydrogen-preadsorbed surface similar to that observed experimentally. The lowering is due to an increased occupancy of the Mo density of states in the presence of hydrogen.

Surface chemical studies on the competitive adsorption of poly(acrylic acid) and poly(vinyl alcohol) onto alumina

The adsorption of poly(acrylic acid) (PAA) and poly(vinyl alcohol) (PVA) onto alumina has been studied as a function of pH, both individually and in the presence of each other. The adsorption density of PAA is found to decrease with an increase of pH while that of PVA shows the opposite trend. In a binary system containing PAA and PVA, the presence of PVA does not affect the adsorption of PAA onto alumina, but the addition of PAA diminishes the adsorption of PVA in the pH range investigated. The adsorption isotherm of PAA at acidic pH exhibits high-affinity Langmuirian behavior. The isotherms for PVA appear rounded and are of the low-affinity type, Once again the adsorption isotherms of PAA remain unaltered in the presence of PVA whereas those of PVA are significantly affected resulting in a lowering of the adsorption density consequent to PAA addition. A variation in the sequence of addition of PAA and PVA does not affect the adsorption behavior of either of the polymers, The electrokinetic behavior of alumina with PAA is hardly influenced by the addition of PVA, On the other hand, the electrophoretic mobility of alumina in the presence of PVA is significantly altered in the presence of PAA and closely resembles the trend observed with PAA alone. Desorption studies reveal that over 80% of PVA could be desorbed in the pH range 3-9 whereas in the case of PAA, the percent desorption increases from 20 to about 70% as the pH is increased from about 3 to 8. Solution conductivity tests confirm interaction of aluminum species and PAA in the bulk solution. FTIR spectroscopic data provide evidence in support of hydrogen bonding and chemical interaction in the case of the PAA-alumina system and hydrogen bonding with respect to the PVA-alumina interaction. (C) 1999 Academic Press.

SEC-MALDI-TOF mass spectral characterization of a hyperbranched polyether prepared via melt transetherification

An AB(2) monomer, 1-(2-hydroxyethoxy)-3,5-bis-(methoxymethyl)-2,4,6-trimethylbenzene, was synthesized from mesitol and melt-polycondensed in the presence of an acid catalyst via a transetherification process at 145-150 degreesC to yield a soluble, moderately high molecular weight hyperbranched polyether. The degree of branching in the polymer was calculated to be 0.78 by a comparison of its NMR spectrum with that of an appropriately designed model compound. The weight-average molecular weight of the hyperbranched polymer was determined to be 64,600 (weight-average molecular weight/number-average molecular weight = 5.2) by size exclusion chromatography (SEC) in CHCl3, with polystyrene standards. The origin of the broad molecular weight distribution, which could either be intrinsic to such hyperbranched structures or be due to structural heterogeneity, was further probed by the fractionation of the samples by SEC and by the subjection of each fraction to matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectral analysis. The mass spectral analysis suggested the presence of two primary types of species: one corresponding to the simple branched structure and the other to macrocyclics. Interestingly, from the relative intensities of the two peaks, it was apparent that cyclization became favorable at higher conversions in the melt transetherification process. (C) 2002 Wiley Periodicals, Inc.