Solid-state reference and ion-selective electrodes : towards portable potentiometric sensing

Potentiometric sensors are very attractive tools for chemical analysis because of their simplicity, low power consumption and low cost. They are extensively used in clinical diagnostics and in environmental monitoring. Modern applications of both fields require improvements in the conventional construction and in the performance of the potentiometric sensors, as the trends are towards portable, on-site diagnostics and autonomous sensing in remote locations. The aim of this PhD work was to improve some of the sensor properties that currently hamper the implementation of the potentiometric sensors in modern applications. The first part of the work was concentrated on the development of a solid-state reference electrode (RE) compatible with already existing solid-contact ion-selective electrodes (ISE), both of which are needed for all-solid-state potentiometric sensing systems. A poly(vinyl chloride) membrane doped with a moderately lipophilic salt, tetrabutylammonium-tetrabutylborate (TBA-TBB), was found to show a satisfactory stability of potential in sample solutions with different concentrations. Its response time was nevertheless slow, as it required several minutes to reach the equilibrium. The TBA-TBB membrane RE worked well together with solid-state ISEs in several different situations and on different substrates enabling a miniature design. Solid contacts (SC) that mediate the ion-to-electron transduction are crucial components of well-functioning potentiometric sensors. This transduction process converting the ionic conduction of an ion-selective membrane to the electronic conduction in the circuit was studied with the help of electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The solid contacts studied were (i) the conducting polymer (CP) poly(3,4-ethylienedioxythiophene) (PEDOT) and (ii) a carbon cloth having a high surface area. The PEDOT films were doped with a large immobile anion poly(styrene sulfonate) (PSS-) or with a small mobile anion Cl-. As could be expected, the studied PEDOT solid-contact mediated the ion-toelectron transduction more efficiently than the bare glassy carbon substrate, onto which they were electropolymerized, while the impedance of the PEDOT films depended on the mobility of the doping ion and on the ions in the electrolyte. The carbon cloth was found to be an even more effective ion-to-electron transducer than the PEDOT films and it also proved to work as a combined electrical conductor and solid contact when covered with an ion-selective membrane or with a TBA-TBB-based reference membrane. The last part of the work was focused on improving the reproducibility and the potential stability of the SC-ISEs, a problem that culminates to the stability of the standard potential E°. It was proven that the E° of a SC-ISE with a conducting polymer as a solid contact could be adjusted by reducing or oxidizing the CP solid contact by applying current pulses or a potential to it, as the redox state of the CP solid-contact influences the overall potential of the ISE. The slope and thus the analytical performance of the SC-ISEs were retained despite the adjustment of the E°. The shortcircuiting of the SC-ISE with a conventional large-capacitance RE was found to be a feasible instrument-free method to control the E°. With this method, the driving force for the oxidation/reduction of the CP was the potential difference between the RE and the SC-ISE, and the position of the adjusted potential could be controlled by choosing a suitable concentration for the short-circuiting electrolyte. The piece-to-piece reproducibility of the adjusted potential was promising, and the day-today reproducibility for a specific sensor was excellent. The instrumentfree approach to control the E° is very attractive considering practical applications.

Software as a Service liiketoimintamallina

Software as a Service (SaaS) on tietojärjestelmien kehityksessä käytettävä liiketoimintamalli. Sen toiminta perustuu pilvilaskentaan ja pilven kautta tarjottavaan ohjelmistoon. Perinteisen ohjelmiston vastaisesti SaaSia käyttävää ohjelmaa ei asenneta käyttäjän laitteistolle, vaan ohjelmiston loogisen osan toiminta tapahtuu pilvessä. Käyttäjä siis antaa Internetin välitykselle ohjelmalle käskyjä, joiden perusteella ohjelma suorittaa tehtäviä ja palauttaa informaatiota. Tässä tutkielmassa käsitellään SaaSin yleisen toiminnan lisäksi sen liiketoiminnallisia ominaisuuksia ja vaikutusta ohjelmistotuotannon normeihin. Työssä arvioidaan SaaSin hyötyjä ja haittoja niin yrityksien ohjelmistotuotannon kuin liiketoiminnankin kannalta ja tutkitaan milloin ja miten kyseistä toimintamallia voi hyödyntää parhaimmalla tavalla nykyaikaisessa tietojärjestelmäkehityksessä. Lopussa pohditaan syvemmin SaaSin toimintaa tällä hetkellä ja tulevaisuudessa. Tuloksista nähdään mitä SaaS ja pilvilaskenta käytännössä merkitsee nykyaikaisessa ohjelmistokehityksessä. Huomataan, että SaaSin suuri suosion kasvu on perusteltavaa sen käytännöllisyyden ja toiminnallisuuden takia. SaaSin tarjoaman modernin pilveen perustuvan tietoteknisen ja liiketoiminnallisen ratkaisun takia on oletettavissa, että SaaSin suosion kasvukäyrä tulee jatkossakin olemaan nousu-johteinen.

Iisalmen reitin ilmastonmuutostarkastelut : - säännöstelyjen toimivuus ja ilmastonmuutoksen vaikutukset kuormitukseen

Selvityksessä arvioitiin ilmastonmuutoksen vaikutuksia Iisalmen reitin hydrologiaan, säännöstelylupien toimivuuteen sekä vesistöjen kuormitukseen ja tilaan. Ilmastoskenaarioiden perusteella virtaamien ennakoidaan kasvavan Iisalmen reitin joissa ja järvissä talvella ja syksyllä, kun taas kevään maksimivirtaamat aikaistuvat ja pienenevät. Ilmastonmuutoksen odotetaan myös lyhentävän kautta, jolloin maa on lumen peitossa ja roudassa. Ilmastonmuutoksen hydrologisia vaikutuksia sekä sopeutumismahdollisuuksia Onki- ja Poroveden säännöstelykäytäntöjä muuttamalla tarkasteltiin Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) Vesistömallijärjestelmän avulla vertailujaksolla 1971-2000 sekä tulevaisuuden jaksoilla 2010-39 ja 2040-69. Tulosten perusteella nykyisen lupaehdon mukainen kevätkuoppa Poro- ja Onkivedellä osoittautuu useimpina vuosina tarpeettomaksi kevättulvien pienenemisen ja aikaistumisen johdosta. Raportissa on esitetty sopeutuva säännöstelyohje, jossa kevätkuoppaa on aikaistettu ja madallettu tai jätetty joinakin vuosina kokonaan tekemättä. Jatkossa suuriin tulovirtaaman nousuihin on syytä varautua talvella mahdollisesti pitämällä järvien vedenkorkeuksia hieman nykyisen kaltaista säännöstelykäytäntöä alempana. Sopeutuva säännöstelykäytäntö edellyttäisi säännöstelyluvan muuttamista. Mallinnettujen hydrologisten skenaarioiden ja toisaalta lupaehtojen mukaisen sekä sopeutuvan säännöstelyn vaikutuksia vesiluontoon, virkistyskäyttöön ja taloudellisiin tekijöihin Onki- ja Porovedellä arvioitiin vedenkorkeus- ja virtaamavaihteluista laskettujen mittareiden avulla. Tulosten perusteella sopeutuvaa säännöstelytapaa voidaan pitää vesiluonnon ja vesistön käytön kannalta suositeltavana, kun se toteutetaan joustavasti tulovirtaamaennuste huomioon ottaen. Säännöstelytapaa voisi kehittää vielä paremmin varautumaan lisääntyviin talvitulviin. Ilmastonmuutoksen ja maatalouden sopeutumisen vaikutuksia fosforikuormitukseen tulevaisuuden jaksoilla 2020-30 ja 2050-59 arvioitiin VEMALA-mallilla. Iisalmen reitin järviin tuleva fosforikuormitus muuttuu ilmastonmuutoksen keskiarvoskenaariossa jaksolle 2050-59 mennessä vain vähän (−4…7 %), mutta runsassateisessa skenaariossa se kasvaa selvästi. Vesienhoidon toimenpiteiden vaikutusta maatalouden kuormitukseen arvioitiin käyttäen ICECREAM-mallia. Käyttämällä tarkennettua lannoitusta kaikilla pelloilla, suorakylvöä noin 12 000 hehtaarilla, lietteen sijoitusta lähes kaikilla nurmilla ja varaamalla suojavyöhykkeille 122 ha, voidaan 2020-luvulla päästä peltojen fosforikuormituksessa ilmastonmuutosskenaariosta riippuen 1 – 15 % nykytilaa pienemmälle tasolle. Vesiensuojelutoimenpiteiden kustannustehokkuutta Iisalmen reitillä arvioitiin KUTOVA-työkalun avulla. Yleisesti ottaen kaikilla osavaluma-alueilla kustannustehokkaimpia vesiensuojelutoimenpiteitä ovat metsä- ja maatalouden toimenpiteet. Maatalouden toimenpiteistä kustannustehokkaimpia ovat kosteikot sekä suojavyöhykkeet ja peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys kaltevilla pelloilla. Toimenpiteitä kannattaa kohdistaa paitsi suurten hyvää huonommassa tilassa olevien järvien lähivaluma-alueille myös vesistön latvoille. Kustannustehokasta ja mahdollisesti jopa välttämätöntä olisi vähentää kuormitusta Poroveden kannalta myös osa-alueilla, missä vesistöt ovat jo pääosin hyvässä ekologisessa tilassa (Sonkajärven reitin ja Iso-Iin alueet). Muuttuvassa ilmastossa ja maatalouden kentässä yksittäisten toimenpiteiden kustannustehokkuus pääsääntöisesti huononee eri tulevaisuuden skenaarioissa. Vesienhoidon toimenpideohjelmassa alueelle suunnitellut toimenpiteet kompensoivat ilmastonmuutoksen vaikutusta, mutta maatalouden muutoksilla on suurempi merkitys toimenpiteiden vaikuttavuuteen.

Limasienten lumoissa

Kirjallisuusarvostelu

Käyttäytymisekologian klassikko

Kirjallisuusarvostelu

Troijan hevonen tieteen valekaavussa

Kirjallisuusarvostelu

Kestävän kehityksen historiaa

Kirjallisuusarvostelu