Ilmanlaatu Uudellamaalla ja Itä-Uudellamaalla vuonna 2009

Ilmanlaatuindeksin perusteella arvioituna ilmanlaatu oli vuonna 2009 Lohjalla ja Tuusulassa enimmäkseen hyvää tai tyydyttävää. Välttävän, huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tilanteita oli melko vähän. Hengitettävät hiukkaset olivat pääosin syynä huonoon ja erittäin huonoon ilmanlaatuun. Korkeiden typpidioksidipitoisuuksien vuoksi ilmanlaatu oli huono joulukuun inversiotilanteessa. Hengitettäville hiukkasille annetut raja-arvot eivät vuonna 2009 ylittyneet Tuusulassa ja Lohjalla. Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu ohjearvo ylittyi Tuusulan mittausasemalla ainoastaan maaliskuussa, Lohjalla ei lainkaan. Pienhiukkasten vuosipitoisuus oli Lohjalla selvästi raja-arvoa alempi. Sekä jatkuvatoimisissa mittauksissa että passiivikeräinkartoituksissa saadut typpidioksidipitoisuudet olivat selvästi raja- ja ohjearvojen alapuolella. Pitoisuudet olivat hieman korkeammat kuin vuonna 2008. Kevään 2009 katupölykausi alkoi maaliskuun viimeisellä viikolla ja päättyi vapun jälkeisellä viikolla. Katupölykausi kesti noin puolitoista kuukautta, mutta ei ollut erityisen voimakas. Tuusulassa ja Lohjalla pitoisuudet olivat melko korkeita verrattuna esimerkiksi pääkaupunkiseudun vastaaviin mittausasemiin. Joulukuun 18-19. päivinä ilmanlaatu heikkeni huomattavasti heikkotuulisen inversiotilanteen vuoksi. Lohjalla ja Tuusulassa mitattiin vuoden korkeimmat pienhiukkasten ja typpidioksidin pitoisuudet. Otsonin pitoisuudet olivat vuonna 2009 edellisvuosia matalammat. Otsonipitoisuuksille annettu terveysperusteinen pitkän ajan tavoite kuitenkin ylittyi, kasvillisuusperusteinen sen sijaan ei ylittynyt. Pääkaupunkiseudulla tehtyjen mittausten ja päästökartoitusten perusteella rikkidioksidin, hiilimonoksidin, bentseenin ja lyijyn pitoisuudet olivat raja-arvojen alapuolella ja arseenin, kadmiumin ja nikkelin pitoisuudet vastaavasti tavoitearvoja alempia. Polyaromaattisten hiilivetyjen pitoisuuksista on riittämättömästi tietoja toistaiseksi. Eri päästölähteiden yhteenlasketut typenoksidien, hiukkasten ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt vähenivät vuonna 2009 Uudenmaan ELY-keskuksen seuranta-alueella vuoteen 2008 verrattuina. Rikkidioksidin päästöt sen sijaan kasvoivat muutaman prosentin.

Photoexcitation dynamics in organic solar cell donor/acceptor systems

Solceller presenteras ofta som ett miljövänligt alternativ för energiproduktion. Det största hindret för en bredare ibruktagning av kiselbaserade solceller är deras höga pris. I och med upptäckten av ledande och halvledande organiska (kolbaserade) molekyler och polymerer har ett nytt forskningsområde, organisk elektronik, vuxit fram. Den stora fördelen med organisk elektronik är att de använda materialen oftast är lösliga. Tillverkning av elektroniska komponenter kan då göras med hjälp av konventionella trycktekniker där bläcket ersatts med upplösta organiska material. Detta har potential att betydligt sänka priset för solceller. Nackdelen med organisk elektronik är att de använda materialen är komplexa, och de fysikaliska processerna i dem likaså. I min avhandling har jag studerat fotofysiken i två polymerer, P3HT och APFO3, som kan användas för att tillverka organiska solceller. Blandade med fullerenderivatet PCBM, som är en stark elektronacceptor, fås ett material som effektivt producerar elektroner och hål under belysning. I praktiken bidrar dock inte alla skapade laddningar till strömmen ur solcellen. Elektronerna och hålen kan förbli bundna till varandra i olika exciterade tillstånd, och även de som är fria kan träffa på motsatta laddningar under vägen till kontakterna och rekombinera. Centralt i mitt arbete har varit att identifiera olika typer av exciterade tillstånd i dessa solcellsmaterial, samt att bestämma deras livstider och rekombination. Metoden för detta har varit s.k. fotoinducerad absorption, som mäter fotoexcitationernas absorptioner i infraröda våglängdsområdet. De två viktigaste resultaten som presenteras i avhandlingen är en ratekvationsmodell för fotoexcitationsdynamiken i APFO3 på ultrasnabba tidsskalor (femtosekund - microsekund) och bildandet av en rekombinationshämmande dipol vid gränsytan för P3HT och PCBM som följd av värmebehandling. Dessa resultat bidrar till förståelsen av de fotofysikaliska processerna i relaterade material.

Ilmanlaatu Uudellamaalla 2011

Ilmanlaatuindeksin perusteella arvioituna ilmanlaatu oli vuonna 2011 Porvoossa ja Lohjalla enimmäkseen hyvää tai tyydyttävää. Välttävän, huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tilanteita oli melko vähän. Katujen keväinen pölyäminen oli syynä huonoon ja erittäin huonoon ilmanlaatuun. Hengitettäville hiukkasille annetut raja-arvot eivät vuonna 2011 ylittyneet Porvoossa ja Lohjalla. Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu ohjearvo ylittyi Porvoon mittausasemalla ainoastaan huhtikuussa, Lohjalla ei lainkaan. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet olivat sekä Porvoossa että Lohjalla matalammat kuin aiempina vuosina. Kevään katupölykausi alkoi maaliskuun puolivälin paikkeilla, mutta lumipeite ja ajoittaiset sadekuurot hillitsivät katujen pölyämistä huhtikuun alkupuolelle asti. Lievä pölyäminen jatkui toukokuun puoliväliin saakka. Pienhiukkasten vuosipitoisuus oli Lohjalla selvästi alle raja-arvon ja likimain samalla tasolla kuin vuonna 2010. Sekä jatkuvatoimisissa mittauksissa että passiivikeräinkartoituksissa saadut typpidioksidipitoisuudet olivat selvästi raja- ja ohjearvojen alapuolella. Pitoisuudet olivat mittauspaikasta riippuen matalammat tai samaa tasoa kuin vuonna 2010. Otsonipitoisuudet ylittivät sekä terveys- että kasvillisuusperusteiset pitkän ajan tavoitteet. Sen sijaan vuodelle 2010 annetut tavoitearvot eivät ylittyneet. Vuonna 2011 pitoisuudet olivat edellisvuotta korkeammat. Pääkaupunkiseudulla tehtyjen mittausten ja päästökartoitusten perusteella rikkidioksidin, hiilimonoksidin, bentseenin ja lyijyn pitoisuudet olivat raja-arvojen alapuolella ja arseenin, kadmiumin ja nikkelin pitoisuudet vastaavasti tavoitearvoja alempia. Polyaromaattisten hiilivetyjen pitoisuuksista on riittämättömästi tietoja toistaiseksi. Energiantuotannon, teollisuuden ja autoliikenteen yhteenlasketut typenoksidien, hiukkasten, rikkidioksidin, hiilimonoksidin ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt vähenivät vuonna 2011 vuoteen 2010 verrattuina.

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.

Hydrometallurgical recovery of valuable metals from secondary raw materials

Wastes and side streams in the mining industry and different anthropogenic wastes often contain valuable metals in such concentrations their recovery may be economically viable. These raw materials are collectively called secondary raw materials. The recovery of metals from these materials is also environmentally favorable, since many of the metals, for example heavy metals, are hazardous to the environment. This has been noticed in legislative bodies, and strict regulations for handling both mining and anthropogenic wastes have been developed, mainly in the last decade. In the mining and metallurgy industry, important secondary raw materials include, for example, steelmaking dusts (recoverable metals e.g. Zn and Mo), zinc plant residues (Ag, Au, Ga, Ge, In) and waste slurry from Bayer process alumina production (Ga, REE, Ti, V). From anthropogenic wastes, waste electrical and electronic equipment (WEEE), among them LCD screens and fluorescent lamps, are clearly the most important from a metals recovery point of view. Metals that are commonly recovered from WEEE include, for example, Ag, Au, Cu, Pd and Pt. In LCD screens indium, and in fluorescent lamps, REEs, are possible target metals. Hydrometallurgical processing routes are highly suitable for the treatment of complex and/or low grade raw materials, as secondary raw materials often are. These solid or liquid raw materials often contain large amounts of base metals, for example. Thus, in order to recover valuable metals, with small concentrations, highly selective separation methods, such as hydrometallurgical routes, are needed. In addition, hydrometallurgical processes are also seen as more environmental friendly, and they have lower energy consumption, when compared to pyrometallurgical processes. In this thesis, solvent extraction and ion exchange are the most important hydrometallurgical separation methods studied. Solvent extraction is a mainstream unit operation in the metallurgical industry for all kinds of metals, but for ion exchange, practical applications are not as widespread. However, ion exchange is known to be particularly suitable for dilute feed solutions and complex separation tasks, which makes it a viable option, especially for processing secondary raw materials. Recovering valuable metals was studied with five different raw materials, which included liquid and solid side streams from metallurgical industries and WEEE. Recovery of high purity (99.7%) In, from LCD screens, was achieved by leaching with H2SO4, extracting In and Sn to D2EHPA, and selectively stripping In to HCl. In was also concentrated in the solvent extraction stage from 44 mg/L to 6.5 g/L. Ge was recovered as a side product from two different base metal process liquors with Nmethylglucamine functional chelating ion exchange resin (IRA-743). Based on equilibrium and dynamic modeling, a mechanism for this moderately complex adsorption process was suggested. Eu and Y were leached with high yields (91 and 83%) by 2 M H2SO4 from a fluorescent lamp precipitate of waste treatment plant. The waste also contained significant amounts of other REEs such as Gd and Tb, but these were not leached with common mineral acids in ambient conditions. Zn was selectively leached over Fe from steelmaking dusts with a controlled acidic leaching method, in which the pH did not go below, but was held close as possible to, 3. Mo was also present in the other studied dust, and was leached with pure water more effectively than with the acidic methods. Good yield and selectivity in the solvent extraction of Zn was achieved by D2EHPA. However, Fe needs to be eliminated in advance, either by the controlled leaching method or, for example, by precipitation. 100% Pure Mo/Cr product was achieved with quaternary ammonium salt (Aliquat 336) directly from the water leachate, without pH adjustment (pH 13.7). A Mo/Cr mixture was also obtained from H2SO4 leachates with hydroxyoxime LIX 84-I and trioctylamine (TOA), but the purities were 70% at most. However with Aliquat 336, again an over 99% pure mixture was obtained. High selectivity for Mo over Cr was not achieved with any of the studied reagents. Ag-NaCl solution was purified from divalent impurity metals by aminomethylphosphonium functional Lewatit TP-260 ion exchange resin. A novel preconditioning method, named controlled partial neutralization, with conjugate bases of weak organic acids, was used to control the pH in the column to avoid capacity losses or precipitations. Counter-current SMB was shown to be a better process configuration than either batch column operation or the cross-current operation conventionally used in the metallurgical industry. The raw materials used in this thesis were also evaluated from an economic point of view, and the precipitate from a waste fluorescent lamp treatment process was clearly shown to be the most promising.

Ravinteiden käytön yleissuunnitelma Saaristomeren valuma-alueella

Ravinteiden käytön yleissuunnitelma Saaristomeren valuma-alueelle – hanke sai rahoituksensa Ympäristöministeriön Ravinteiden kierrätyksen edistämistä ja Saaristomeren tilan parantamista koskevasta ohjelmasta. Hanke on toteutettu yhteistyössä Varsinais-Suomen ELY-keskuksen, MTK-Varsinais-Suomen, Biovakka Suomi Oy:n, Turun seudun puhdistamo Oy:n ja ympäristöministeriön kanssa. Suunnittelutyön on toteuttanut Sweco Ympäristö Oy ja Turun ammattikorkeakoulu. Hankkeen tarkoituksena oli laatia kattava katsaus Saaristomeren valuma-alueella muodostuvista kierrätykseen kelpaavista orgaanisista ravinnejakeista ja niiden mahdollisesta käyttötarkoituksesta siten, että Varsinais-Suomesta voitaisiin saada ravinteiden suhteen omavarainen alue. Tarkastelun alla ovat olleet eläinten lanta, jätevedenpuhdistuslaitosten lietteet, maatalouden sivuvirrat, teollisuuden orgaaniset jätteet, ruovikoiden niittojätteet ja hoitokalastetut kalat. Hankkeessa on laadittu kolme osaraporttia ja osaraporteista on laadittu tämä julkaisu, joka toimii samalla hankkeen loppuraporttina. Ensimmäisessä osaraportissa laadittiin orgaanisten ravinteiden muodostumisen sekä ravinteiden tarpeen ja levitysmahdollisuuksien perusteella ravinnekartat, joista selviävät ravinteiden yli- ja alijäämäalueet. Näiden perusteella määriteltiin yleiset toimenpide-ehdotukset ravinteiden kierrätyksen edistämiseksi. Alueille laadittiin lisäksi tarkemmat kierrätyksen toteuttamissuunnitelmat sekä yhdelle osa-alueelle yksityiskohtaisempi sijainninohjauspilotti. Ravinteiden käytön yleissuunnitelma soveltuu aluesuunnittelun ja kaavoituksen tukemiseen, elinkeinojen sijainninohjaukseen ja alueellisen maatalouspolitiikan kehittämiseen.

Ilmanlaatu Uudellamaalla vuosina 2004 – 2013

Ilmanlaatuindeksin perusteella arvioituna ilmanlaatu oli vuosina 2004 – 2013 Uudenmaan mittauskohteissa eli Hyvinkäällä, Järvenpäässä, Keravalla, Lohjalla, Porvoossa ja Tuusulassa valtaosan ajasta hyvää tai tyydyttävää. Huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tunteja oli eniten Järvenpäässä vuonna 2012, Hyvinkäällä vuonna 2008 ja Porvoossa vuonna 2007. Huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tunnit aiheutuivat pääasiassa katujen pölyämisestä keväisin. Katupölyn haittojen vähentämiseen tulisi Uudenmaan taajamissa kiinnittää erityistä huomiota. Hengitettäville hiukkasten pitoisuuksille annetut raja-arvot eivät vuosina 2004 – 2013 ylittyneet. Hengitettävien hiukkasten vuorokausiohjearvo ylittyi kaikilla mittausasemilla. Mittausasemien sijainti on vaihtunut niin usein, että pitoisuuksien kehittymistä on mahdotonta arvioida toistaiseksi. Lohjalla mittauksia on tehty joka vuosi ja siellä pitoisuudet näyttäisivät olevan laskussa. Sekä jatkuvatoimisissa mittauksissa että passiivikeräinkartoituksissa saadut typpidioksidipitoisuudet olivat selvästi raja- ja ohjearvojen alapuolella. Pitoisuudet ovat pysyneet viimeiset kymmenen vuotta likimain ennallaan. Muutamissa mittauspisteissä pitoisuudet kuitenkin ovat laskeneet tilastollisesti merkitsevästi tai melkein merkitsevästi. Otsonipitoisuudelle vuodelle 2010 annetut tavoitearvot eivät ylittyneet. Sen sijaan terveysperusteinen pitkän ajan tavoite ylittyi joka vuosi lukuun ottamatta vuotta 2012. Kasvillisuusperusteinen pitkän ajan tavoite ylittyi vuosina 2004, 2006, 2008, 2010, 2011 ja 2013. Energiantuotannon ja teollisuuden päästöjä dominoivat Inkoon voimalaitoksen, Kilpilahden teollisuusalueen ja Koverharin terästehtaan päästöt. Inkoon voimalaitoksen päästöt vaihtelevat huomattavasti vuodesta toiseen, joten myös alueen kokonaispäästöissä vuosien välinen vaihtelu on suurta eikä selviä trendejä ole havaittavissa. Uudenmaan seuranta-alueella puun pienpolton päästöt ovat ilmanlaadun kannalta merkittäviä. Pienpolton vaikutus hengitysilman laatuun korostuu, koska päästöt purkautuvat matalista piipuista asuinalueilla. Puunpolton hiukkaspäästöt olivat vuodelle 2010 arvioitujen päästömäärien perusteella noin puolet ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt neljänneksen alueen kokonaispäästöistä.

Ravinnepitoisen teollisen jäteveden tuotteistaminen

Tässä työssä selvitettiin ravinnepitoisen jäteveden väkevöintiä erityisesti ammoniumtypen ja orgaanisten happojen osalta. Konsentrointiin käytettiin pääasiassa käänteisosmoosia sekä haihdutusta, mutta myös nanosuodatusta tutkittiin. Jätevesi oli Honkajoki Oy:n lauhdevettä. Kirjallisuusosassa esiteltiin Honkajoki Oy:n toimintaa, membraanierotus-prosesseja, lihantuotannossa syntyvän jätteen ominaisuuksia sekä sen puhdistamista. Keskeisimmät suodatukset tehtiin DOW FILMTEC SW30HR -membraanilla, ja käytetty laitteisto oli DSS LabStak M20. Suodatuksia tehtiin eri pH-olosuhteissa typen ja orgaanisten happojen erottumisen kannalta optimaalisten olosuhteiden löytämiseksi. Lisäksi tutkittiin, kuinka puhtaaksi permeaatti voidaan saada uudelleensuodatuksen avulla. Työssä käytettiin myös haihdutusta lauhteen väkevöintiin. Ammoniumtypen konsentroituminen suodatuksissa oli tehokkainta pH:n ollessa 7 tai sen alle. Kaksivaiheisella suodatuksella permeaatin laatu alitti selvästi Karvianjokeen laskettaville jätevesille asetetut laatu- ja kuormitusrajat. Yhdistämällä suodatus- ja haihdutusprosessit, pystyttiin valmistamaan liuosta, jonka ammoniumtyppipitoisuus oli noin 7,6 %. Tuolloin suodatus tehtiin pH 7:ssä ja haihdutus pH 3:ssa rotavaporilla 26 mbar paineessa ja 50 °C lämpötilassa. Syöttöliuoksen tilavuuden alenema oli noin 65-kertainen. Haihdutuksessa muodostuneessa lauhteessa oli paljon orgaanisia happoja ja käytännössä ei lainkaan ammoniumtyppeä. Tuotejakeita saatiin siten kaksi kappaletta: ammoniumtyppijae ja orgaanisia happoja sisältävä jae.

Lämpötilan vaikutus oksaalihapon hapetukseen pulssitetulla koronapurkauksella

Tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa lämpötilan vaikutusta veden orgaanisten haitta-aineiden hapetuksessa PCD-menetelmällä. Kokeita tehtiin näytteiden eri alkulämpötiloilla. Malliyhdisteenä kokeissa käytettiin oksaalihappoa. Teoriaosuudessa käsiteltiin pulssittaista koronapurkausta ilmiönä. Lisäksi tarkasteltiin, kuinka PCD-menetelmällä muodostuu hapettimia neste-kaasufaasissa. Syntyvistä hapettimista keskityttiin otsoniin ja hydroksyyliradikaaliin. Kokeellisessa osuudessa esiteltiin käytetty PCD-laitteisto. Esittelyn jälkeen siirryttiin hapetuskokeiden kuvaamiseen ja analyysin suorittamiseen titrauksella. Lopuksi koottiin tulokset. Tutkimuksissa prosessin hapetustehon havaittiin heikentyvän lämpötilan noustessa tutkitulla lämpötila-alueella, mikä voi selittyä kaasufaasissa muodostuvan otsonin heikentyvällä liukoisuudella. Tuloksia voidaan pitää viitteellisinä, ja selkeän mallin muodostamiseksi tarvitaan jatkotutkimuksia laajemmalla lämpötila-alueella tarkasti toistettavilla koejärjestelyillä.

Interfacial effects in organic solar cells

Solceller baserade på organiska halvledare erbjuder en möjlighet till storskalig och billig solenergiproduktion. Organiska halvledare har den fördelen att de är lösningsprocesserbara vilket gör att solceller och andra elektroniska komponenter baserade på dessa halvledare kan tillverkas vid låga temperaturer och med liten energiförbrukning. Nackdelen med dessa material är deras strukturella och energetiska oordning som leder till lägre effektivitet. För att organiska solceller ska kunna kommersialiseras krävs grundläggande insikter i de olika processer som begränsar effektiviteten. En stor del av forskningen om dessa processer har varit fokuserad kring egenskaperna av solcellens olika komponenter (de aktiva materialen) som sådana, medan gränsytorna mellan olika material har fått mindre uppmärksamhet. Gränsytor mellan olika material har distinkt olika egenskaper jämfört med ett rent material, och gränsytors olika egenskaper kan ha en väldigt stor inverkan på hur solcellerna fungerar. Syftet med denna avhandling är att klargöra några olika gränsyterelaterade effekter i organiska dioder och solceller. De gränsytor som behandlas är gränsytan mellan kontakten och det aktiva lagret (metall-organisk) och gränsytan mellan donor och acceptor (organisk-organisk). Resultaten visar att metall-organiska gränsytor måste designas noggrant för att begränsa förlust av effektivitet. En icke-idealisk kontakt leder till starkt reducerad effektivitet på grund av att elektronerna extraheras ineffektivt. Även till synes idealiska kontakter kan orsaka förluster genom spontan laddningsöverföring från metallen till det organiska lagret som effektivt sett minskar på den spänning som cellen kan alstra. Den organisk-organiska gränsytan påverkar hur mycket ström cellen kan alstra och beroende på gränsytans beskaffenhet kan de negativa rekombinationsprocesserna i materialet kontrolleras. ------------------------------------------------- Orgaanisille puolijohteille perustuvat aurinkokennot mahdollistavat suurimuotoisen ja edullisen aurinkoenergiatuotannon. Orgaanisten puolijohteiden etu on että ne voidaan liuottaa, jolloin aurinkokennot ja muut näille johteille perustuvat elektroniset komponentit voidaan valmistaa alhaisessa lämpötilassa kuluttaen vähän energiaa. Materiaalien huonona puolena on kuitenkin niiden rakenteellinen ja energeettinen epäjärjestys, jonka seurauksena niiden tehokkuus on huonompi. Orgaanisten aurinkokennojen kaupallistaminen edellyttää perustavanlaatuista ymmärystä tehokkuutta rajoittavista prosesseista. Aurinkokennotutkimus on pääosin keskittynyt aurinkokennon eri komponenttien (aktiivisten materiaalien) ominaisuuksiin, kun taas eri materiaalien rajapinnat ovat jääneet vähemmälle huomiolle. Eri materiaalien välisillä rajapinnoilla on huomattavan erilaisia ominaisuuksia verrattuna puhtaisiin materiaaleihin. Rajapintojen ominaisuudet voivat kuitenkin vaikuttaa merkittävästi aurinkokennojen toimintaan. Tämän väitöstutkimuksen tarkoituksena on selventää joitain rajapintoihin liittyviä toimintoja orgaanisissa diodeissa ja aurinkokennoissa. Käsiteltävät rajapinnat ovat rajapinta kontaktin ja aktiivisen kerroksen välillä (metallis-orgaaninen) ja rajapinta donorin ja akseptorin välillä (orgaanis-orgaaninen). Tutkimustulokset osoittavat, että metallis-orgaaniset rajapinnat tulee suunnitella huolellisesti, jotta tehokkuuden alenemista voidaan rajoittaa. Mikäli kontakti ei ole ideaalisti suunniteltu, vähenee tehokkuus huomattavasti, mikä johtuu elektronien tehottomasta ekstrahoinnista. Jopa ideaalisilta vaikuttavat kontaktit voivat johtaa tehokkuuden alenemiseen, mikäli varaus siirtyy spontaanisti metallista orgaaniseen kerrokseen, sillä tämä alentaa jännitettä jonka kenno voi tuottaa. Kennon orgaanis-orgaaninen rajapinta vaikuttaa siihen, kuinka paljon virtaa kenno pystyy tuottamaan. Rajapinnan ominaisuuksista riippuen materiaalin rekombinaatio on hallittavissa.

Ilmanlaatu Uudellamaalla vuonna 2014

Vuonna 2014 HSY mittasi jatkuvatoimisesti typenoksidien ja hiukkasten pitoisuuksia liikenneympäristössä Hyvinkäällä ja kaupunkitaustaa edustavalla mittausasemalla Lohjalla. Hyvinkäällä, Järvenpäässä, Keravalla, Kirkkonummella, Lohjalla, Nurmijärvellä, Porvoossa, Tuusulassa ja Vihdissä kartoitettiin passiivikeräimillä typpidioksidin pitoisuuksia yhdessä pisteessä/kunta. Ilmanlaatuindeksin perusteella arvioituna ilmanlaatu oli vuonna 2014 Hyvinkäällä ja Lohjalla enimmäkseen hyvä tai tyydyttävä (96 % vuoden tunneista Hyvinkäällä ja 98 % Lohjalla). Välttäväksi ilmanlaatu luokiteltiin melko harvoin (Hyvinkäällä noin 3 % ja Lohjalla noin 1 % vuoden tunneista). Huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tunteja oli Hyvinkäällä 57 ja Lohjalla 11. Korkeat hiukkaspitoisuudet olivat syynä huonoon ja erittäin huonoon ilmanlaatuun. Edelliseen vuoteen verrattuna huonon ja erittäin huonon ilmanlaadun tunteja oli sekä Hyvinkäällä että Lohjalla selvästi edellisvuotta vähemmän. Hengitettäville hiukkasille annetut raja-arvot eivät vuonna 2014 ylittyneet Hyvinkäällä eivätkä Lohjalla. Kriittisin on hengitettävien hiukkasten vuorokausiraja-arvo, joka ylittyy, jos PM10-pitoisuuden vuorokausikeskiarvo ylittää 50 μg/m3 vähintään 36 päivänä vuoden aikana. Hyvinkäällä näitä ylityksiä mitattiin 10 päivänä ja Lohjalla kahtena päivänä. Hengitettävien hiukkasten vuorokausiohjearvo ylittyi Hyvinkäällä maaliskuussa, Lohjalla ei lainkaan. Hengitettävien hiukkasten vuosipitoisuus oli Hyvinkäällä sama kuin vuonna 2013 ja selvästi matalampi kuin vuonna 2008. Lohjalla hengitettävien hiukkasten vuosipitoisuudet ovat vuosina 2009–2014 pysyneet lähes muuttumattomina, mutta ne ovat olleet selvästi matalampia kuin vuosina 2004 tai 2005, jolloin mittausasema sijaitsi samassa paikassa. Lohjalla pienhiukkaspitoisuuksien vuosikeskiarvo oli 6 μg/m3, mikä on selvästi alle vuosiraja-arvon (25 μg/m3). Vuosikeskiarvo oli alle WHO:n ohjearvon, mutta korkein vuorokausipitoisuus oli WHO:n ohjearvon tasolla. Vuonna 2014 typpidioksidipitoisuudet olivat sekä jatkuvatoimisissa mittauksissa että passiivikeräinkartoituksissa selvästi raja-arvojen alapuolella. Vuonna 2014 vuosipitoisuus oli Järvenpään passiivikeräinpisteessä edellisvuoden tasolla, muissa mittauspisteissä edellisvuotta matalampia. Vuosina 2004–2014 pitoisuudet ovat laskeneet tilastollisesti merkitsevästi Porvoon mittauspisteessä Rihkamatorilla ja melkein merkitsevästi Järvenpäässä Sibeliuksen väylän ja Tuusulassa Järvenpääntien mittauspisteissä. Kaukokulkeuma vaikuttaa huomattavasti sekä pienhiukkasten että otsonin pitoisuuksiin. Vuonna 2014 oli kuitenkin ainoastaan yksi lyhytkestoinen pienhiukkasten kaukokulkemaepisodi helmikuun alkupuolella eikä episodi heikentänyt ilmanlaatua merkittävästi. Otsonin episoditilanteita puolestaan oli kesäkaudella muutamana päivänä. Puun poltossa syntyy terveydelle haitallisia päästöjä: pienhiukkasia, häkää sekä orgaanisia yhdisteitä. Tämän vuoksi vuonna 2014 aloitettiin bentso(a)pyreenin pitoisuuksien kartoitus Uudenmaan asuinalueilla. Ensimmäiset mittaukset tehtiin Loviisassa. Puunpolton vaikutus oli selvästi havaittavissa, mutta vuosipitoisuus pysyi EU:n tavoitearvon alapuolella. Seuranta-alueen energiantuotannon, teollisuuden ja tieliikenteen yhteenlasketut typenoksidien päästöt lisääntyivät kymmenisen prosenttia ja rikkidioksidin päästöt kolmisen prosenttia vuoteen 2012 verrattuna. Hiukkaspäästöt puolestaan vähenivät kymmenisen prosenttia ja hiilimonoksidin sekä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt nelisen prosenttia. Vuosina 2004–2013 eri epäpuhtauksien päästöt ovat vaihdelleet vuodesta toiseen eikä niissä ole havaittavissa mitään säännönmukaista kehitystä. Hiukkaspäästöt ovat viime vuosina kuitenkin vähentyneet voimakkaasti Koverharin terästehtaan päästöjen vähenemisen myötä.

Antosyaniinit ja aterianjälkeinen aineenvaihdunta

Marjojen ja hedelmien luontaisilla sinisillä ja punaisilla antosyaniiniväriaineilla on aterianjälkeiselle aineenvaihdunnalle edullisia ominaisuuksia. Antosyaniinit liittyvät esimerkiksi aterianjälkeiseen plasman glukoosi-, insuliini-, rasva- ja tulehdusmerkkiainepitoisuuksien alenemiseen, glukoosinsietokyvyn kasvamiseen ja insuliiniresistenssin vähenemiseen. Vaikutusmekanismeiksi on ehdotettu useita biokemiallisia reaktioita. Antosyaniinit ovat antioksidatiivisia, ja ne lisäävät elimistön antioksidatiivisten entsyymien aktiivisuutta. Ne vaikuttavat hiilihydraattien ja rasvojen aineenvaihduntaan liittyvien entsyymien toimintaan sekä inhiboivat monosakkaridien imeytymistä ja AMP-kinaaseja. Kokeellisessa osassa tutkittiin tummansinisestä Synkeä Sakari -perunalajikkeesta valmistetun höyrykypsennetyn survoksen vaikutusta aterianjälkeiseen glykemiaan ja insulinemiaan verrattuna keltaisesta perunasta valmistettuun survokseen ja mustikkakiisseliin. Tutkimushenkilöt (n=13) nauttivat yksöissokotetussa vaihtovuorotutkimuksessa antosyaniini- ja tärkkelyspitoisuuksien suhteen vakioidun aterian satunnaistetussa järjestyksessä. Aterian jälkeen heiltä kerättiin plasma- ja virtsanäytteitä tietyin väliajoin. Tutkimusaterioiden antosyaniinien, fenolisten happojen, flavonoliglykosidien, vapaiden sokereiden ja orgaanisten happojen tunnistamisessa käytettiin kromatografisia, massaspektrometrisiä ja spektrofotometrisiä menetelmiä. Antosyaniinien ja niiden aineenvaihduntatuotteiden aterianjälkeistä kertymistä virtsaan aloitettiin tutkia kehittämällä näytteiden esikäsittely- ja UHPLC-ESI-MS/MS -menetelmiä. Sininen perunasurvos aiheutti pienemmän glykemiakuorman kuin mustikkakiisseli ja pienemmän insuliinikuorman kuin keltainen perunasurvos tai mustikkakiisseli. Glukoosi- ja insuliinipitoisuuksissa havaittiin merkitseviä eroja 20 ja 40 minuuttia aterian jälkeen. Tutkimus antaa viitteitä siitä, että antosyaniinipitoiset perunalajikkeet ovat glykeemisiltä ominaisuuksiltaan keltaisia perunoita edullisempia. Tämä on merkittävää, koska perunat ovat tärkeä osa suomalaista ruokavaliota ja toistuvat korkeat aterianjälkeiset veren glukoosi- ja insuliinipitoisuudet ovat yhteydessä elintasosairauksiin.

Characterization of the filter media used in the dual media filter

The removal of organics from copper electrolyte solutions after solvent extraction by dual media filtration is one of the most efficient ways to ensure the clean electrolyte flow into the electrowinning. The clean electrolyte will ensure the good quality cathode plate production. Dual media filtration uses two layers of filter media for filtration as anthracite and garnet respectively. The anthracite layer will help the coalescing of the entrained organic droplets which will then float to the top of the filter, and back to the solvent extraction process. The garnet layer will catch any solids left in the electrolyte traveling through the filter media. This thesis will concentrate on characterization of five different anthracites in order to find some differences using specific surface area analysis, particle size analysis, and morphology analysis. These results are compared to the pressure loss values obtained from lab column tests and bed expansion behavior. The goal of the thesis was to find out if there were any differences in the anthracite which would make the one perform better than the other. There were no big differences found on any aspect of the particle characterization, but some found differences should be further studied in order to confirm the meaning of the porosity, surface area, intensity mean and intensity SD (Standard Deviation) on anthracites and their use in dual media filtration. The thesis work analyzed anthracite samples the way that is not found on any public literature sources, and further studies on the issue would bring more knowledge to the electrolyte process.

Les répercussions de l’insuffisance rénale chronique sur le transport des médicaments

L’insuffisance rénale chronique (IRC) affecte 13 % de la population américaine et son incidence ne cesse d’augmenter. Malgré un ajustement des doses de médicaments administrés en fonction du taux de filtration glomérulaire du patient urémique, près de 40 % des patients reçoivent une dose trop élevée en raison de modifications de l’élimination extrarénale des médicaments chez ces patients. Il est connu que l’IRC affecte l’élimination métabolique des médicaments par les cytochromes P450 et les enzymes de biotransformation de phase II. Nous avons aussi démontré, chez le rat, que l’IRC affecte l’expression et l’activité de transporteurs de médicaments intestinaux entraînant une augmentation de la biodisponibilité de certains médicaments. On retrouve des transporteurs de médicaments dans de nombreux organes comme le foie, les reins et la barrière hématoencéphalique (BHE) où ils jouent des rôles importants dans les éliminations biliaire et rénale et la pénétration des médicaments au cerveau. Le but de ce travail était de mesurer, chez des rats néphrectomisés, les impacts de l’IRC sur l’expression protéique et génique et l’activité des transporteurs de médicaments hépatiques, rénaux et cérébraux. Les transporteurs étudiés sont de la famille des transporteurs ABC (P-glycoprotéine, multidrug-resistance related protein, breast cancer resistance protein) ou des solute carriers (organic anion transporter, organic anion transporting protein). Aussi, une étude réalisée chez l’humain visait à évaluer la pharmacocinétique de deux médicaments : la fexofénadine, un médicament majoritairement transporté, et le midazolam, un substrat du cytochrome P450 3A4, chez des sujets dialysés. Nos résultats montrent que, chez le rat, l’IRC entraîne des modulations de l’expression des transporteurs d’influx et d’efflux hépatiques pouvant entraîner des diminutions du métabolisme hépatique et de l’excrétion biliaire des médicaments. Dans le rein, nous avons démontré des modulations de l’expression des transporteurs de médicaments. Nous avons aussi démontré que l’IRC diminue l’élimination urinaire de la rhodamine 123 et favorise l’accumulation intrarénale de médicaments transportés comme la benzylpénicilline et la digoxine. À la BHE, nous avons démontré des diminutions de l’expression des transporteurs de médicaments. Toutefois, nous n’avons pas observé d’accumulation intracérébrale de trois substrats utilisés (digoxine, doxorubicine et vérapamil) et même une diminution de l’accumulation intracérébrale de la benzylpénicilline. Il semble donc que, malgré les modulations de l’expression des différents transporteurs de médicaments, l’intégrité et la fonction de la BHE soient conservées en IRC. Chez l’humain, nous avons démontré une augmentation de la surface sous la courbe de la fexofénadine chez les sujets dialysés, comparativement aux témoins, suggérant une altération des mécanismes de transport des médicaments chez ces patients. Nous n’avons, toutefois, pas observé de modification de la pharmacocinétique du midazolam chez les patients dialysés, suggérant une activité métabolique normale chez ces patients. Un ou des facteurs s’accumulant dans le sérum des sujets urémiques semblent responsables des modulations de l’expression et de l’activité des transporteurs de médicaments observées chez le rat et l’humain. Ces travaux mettent en évidence une nouvelle problématique chez les sujets urémiques. Nous devons maintenant identifier les mécanismes impliqués afin d’éventuellement développer des stratégies pour prévenir la toxicité et la morbidité chez ces patients.

Influence of Genomic Ancestry on the Distribution of SLCO1B1, SLCO1B3 and ABCB1 Gene Polymorphisms among Brazilians

The frequency distribution of SNPs and haplotypes in the ABCB1, SLCO1B1 and SLCO1B3 genes varies largely among continental populations. This variation can lead to biases in pharmacogenetic studies conducted in admixed populations such as those from Brazil and other Latin American countries. The aim of this study was to evaluate the influence of self-reported colour, geographical origin and genomic ancestry on distributions of the ABCB1, SLCO1B1 and SLCO1B3 polymorphisms and derived haplotypes in admixed Brazilian populations. A total of 1039 healthy adults from the north, north-east, south-east and south of Brazil were recruited for this investigation. The c.388A>G (rs2306283), c.463C>A (rs11045819) and c.521T>C (rs4149056) SNPs in the SLCO1B1 gene and c.334T>G (rs4149117) and c.699G>A (rs7311358) SNPs in the SLCO1B3 gene were determined by Taqman 5'-nuclease assays. The ABCB1 c.1236C>T (rs1128503), c.2677G>T/A (rs2032582) and c.3435C>T (rs1045642) polymorphisms were genotyped using a previously described single-base extension/termination method. The results showed that genotype and haplotype distributions are highly variable among populations of the same self-reported colour and geographical region. However, genomic ancestry showed that these associations are better explained by a continuous variable. The influence of ancestry on the distribution of alleles and haplotype frequencies was more evident in variants with large differences in allele frequencies between European and African populations. Design and interpretation of pharmacogenetic studies using these transporter genes should include genomic controls to avoid spurious conclusions based on improper matching of study cohorts from Brazilian populations and other highly admixed populations.