Catalysis by gold for biomass transformations

The development of new technologies to supplement fossil resources has led to a growing interest in the utilization of alternative routes. Biomass is a rich renewable feedstock for producing fine chemicals, polymers, and a variety of commodities replacing petroleumderived chemicals. Transformation of biomass into diverse valuable chemicals is the key concept of a biorefinery. Catalytic conversion of biomass, which reduces the use of toxic chemicals is one of the important approaches to improve the profitability of biorefineries. Utilization of gold catalysts allows conducting reactions under environmentally-friendly conditions, with a high catalytic activity and selectivity. Gold-catalyzed valorization of several biomass-derived compounds as an alternative approach to the existing technologies was studied in this work. Isomerization of linoleic acid via double bond migration towards biologically active conjugated linoleic acid isomers (CLA) was investigated. The activity and selectivity of various gold catalysts towards cis-9,trans-11-CLA and trans-10,cis-12-CLA were investigated in a semi-batch reactor, showing that the yield of the desired products varied, depending on the catalyst support. The structure sensitivity in the selective oxidation of arabinose was demonstrated using a series of gold catalysts with different Au cluster sizes in a shaker reactor operating in a semibatch mode. The gas-phase selective oxidation of ethanol was studied and the influence of the catalyst support on the catalytic performance was investigated. The selective oxidation of the lignan hydroxymatairesinol (HMR), extracted from the Norway spruce (Picea abies) knots, to the lignan oxomatairesinol (oxoMAT) was extensively investigated. The influence of the reaction conditions and catalyst properties on the yield of oxoMAT was evaluated. In particular, the structure sensitivity of the reaction was demonstrated. The catalyst deactivation and regeneration procedures were studied. The reaction kinetics and mechanism were advanced.

Varsinais-Suomen pintavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015

Vesienhoidon tavoitteena on vesien hyvän tilan saavuttaminen ja hyvän tai erinomaisen tilan ylläpitäminen vuoteen 2015 mennessä. Varsinais-Suomen pintavesien toimenpideohjelma-alueen järvet ovat pääosin hyvässä tai tyydyttävässä ekologisessa tilassa. Joet ovat pääosin tyydyttävässä tai välttävässä ekologisessa tilassa, samoin Saaristomeri. Alueen pintavesien kemiallinen tila on hyvä.Vesienhoidon tavoitteiden saavuttaminen edellyttää Varsinais-Suomen pintavesien toimenpideohjelma-alueella erityisesti ravinne-ja kiintoainekuormituksen vähentämistä, vaellusesteiden poistamista ja vesistöjen kunnostuksia. Toimenpideohjelmassa vesienhoidon tavoitteita ja toimenpidetarpeita on tarkasteltu neljän osa-alueen (Kiskonjoki-Uskelanjoki-Halikonjoki, Paimionjoki- Aurajoki, Vakka-Suomi ja Saaristomeri) kesken. Alueen pintavesien hyvän tilan saavuttamiseksi tarvittavat toimenpiteet, niiden määrät ja kustannukset on esitetty osa-alueittain. Varsinais-Suomen pintavesien toimenpideohjelma-alueen nykykäytännön mukaisten toimenpiteiden vuosikustannuksiksi on arvioitu 120 milj. euroa ja lisätoimenpiteiden 21 milj. euroa. Varsinais-Suomen pintavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015 on laadittu EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin ja vesienhoidon järjestämisestä annetun lain pohjalta. Varsinais-Suomen vesienhoidon yhteistyöryhmä on osallistunut toimenpideohjelman laatimiseen mm. kommentoimalla ja antamalla asiantuntija-apua toimenpiteiden suunnittelussa. Toimenpideohjelmasta on esitetty yhteenveto Kokemäenjoen-Saaristomeren-Selkämeren vesienhoitoalueen vesienhoitosuunnitelmassa, jonka valtioneuvosto hyväksyi 10.12.200.

Satakunnan pintavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015

Vesienhoidon tavoitteena on vesien hyvän tilan saavuttaminen ja hyvän tai erinomaisen tilan ylläpitäminen vuoteen 2015 mennessä. Satakunnan pintavesien toimenpideohjelma-alueen järvet ovat pääosin hyvässä ja tyydyttävässä ekologisessa tilassa ja joet pääosin tyydyttävässä ja välttävässä ekologisessa tilassa. Selkämeri on suurimpien kaupunkien edustalla ja jokien suu-alueilla pääosin tyydyttävässä tai välttävässä ekologisessa tilassa ja muualta hyvässä ekologisessa tilassa. Alueen pintavesien kemiallinen tila on pääosin hyvä. Vesienhoidon tavoitteiden saavuttaminen edellyttää Satakunnan pintavesien toimenpideohjelma-alueella erityisesti ravinne- ja kiintoainekuormituksen vähentämistä, vaellusesteiden poistamista ja vesistöjen kunnostuksia. Toimenpideohjelmassa vesienhoidon tavoitteita ja toimenpidetarpeita on tarkasteltu neljän osa-alueen (Eurajoki-Lapinjoki, Kokemäenjoen alaosa - Loimijoki, Karvianjoki ja Eteläinen Selkämeri) kesken. Alueen pintavesien hyvän tilan saavuttamiseksi tarvittavat toimenpiteet, niiden määrät ja kustannukset on esitetty osa-alueittain. Satakunnan pintavesien toimenpideohjelma-alueen nykykäytännön mukaisten toimenpiteiden vuosikustannuksiksi on arvioitu 82 milj. euroa ja lisätoimenpiteiden 20 milj. euroa. Satakunnan pintavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015 on laadittu EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin ja vesienhoidon järjestämisestä annetun lain pohjalta. Satakunnan vesienhoidon yhteistyöryhmä on osallistunut toimenpideohjelman laatimiseen mm. kommentoimalla ja antamalla asiantuntija-apua toimenpiteiden suunnittelussa. Toimenpideohjelmasta on esitetty yhteenveto Kokemäenjoen-Saaristomeren-Selkämeren vesienhoitoalueen vesienhoitosuunnitelmassa, jonka valtioneuvosto hyväksyi 10.12.2009.

Erkki Kurenniemen sähkösoittimet

Helsingin yliopiston "ääniteknillinen laboratorio" ja integroitu syntesoija ; Soittimia tilaustyönä ; Digelius Electronics Finland oy ja dimi-soittimet ; Kurenniemen soitinten toimintaperiaatteista ; Yhteenveto.

SPA-hankkeen loppuraportti

Sähköisiä palveluja ja asianhallintaa tukevat järjestelmäratkaisut -hankkeen (SPA)tavoitteena oli toteuttaa Aluehallintovirastoille, Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksille, maistraateille sekä TE-toimistoille yhteinen sähköisten palvelujen ja asianhallinnan kokonaisuus sekä integraatiot näiden välillä. Hankkeen keskeisenä tavoitteena oli toteuttaa tuottavuutta edistävä ja mahdollisimman yhtenäinen virastojen toimintaa tukeva arkkitehtuuri- ja järjestelmäkokonaisuus. Toteutettavien ratkaisujen tuli pohjautua tuotannossa oleviin Valtion IT-palvelukeskuksen (VIP) tarjoamiin yhteisiin palveluihin. Hankkeen ratkaisut tuli toteuttaa siten, että siirtyminen vielä toteutusvaiheessa oleviin VIPin tarjoamiin palveluihin on jatkossa mahdollista. Tässä raportissa käsitellään hankkeen projektit (Verkkopalvelut ja julkaisujärjestelmät, Sähköiset asiointipalvelut sekä integraatiot, rajapinnat ja tunnistus ja asianhallinta) ja niiden yhteenveto.

A platform for anti-biofilm assays combining viability, biomass and matrix quantifications in susceptibility assessments of antimicrobials against Staphylococcus aureus biofilms

Bacteria can exist as planktonic, the lifestyle in which single cells exist in suspension, and as biofilms, which are surface-attached bacterial communities embedded in a selfproduced matrix. Most of the antibiotics and the methods for antimicrobial work have been developed for planktonic bacteria. However, the majority of the bacteria in natural habitats live as biofilms. Biofilms develop dauntingly fast high resistance towards conventional antibacterial treatments and thus, there is a great need to meet the demands of effective anti-biofilm therapy. In this thesis project it was attempted to fill the void of anti-biofilm screening methods by developing a platform of assays that evaluate the effect that screened compounds have on the total biomass, viability and the extracellular polysaccharide (EPS) layer of the biofilms. Additionally, a new method for studying biofilms and their interactions with compounds in a continuous flow system was developed using capillary electrochromatography (CEC). The screening platform was utilized with a screening campaign using a small library of cinchona alkaloids. The assays were optimized to be statistically robust enough for screening. The first assay, based on crystal violet staining, measures total biofilm biomass, and it was automated using a liquid handling workstation to decrease the manual workload and signal variation. The second assay, based on resazurin staining, measures viability of the biofilm, and it was thoroughly optimized for the strain used, but was then a very simple and fast method to be used for primary screening. The fluorescent resazurin probe is not toxic to the biofilms. In fact, it was also shown in this project that staining the biofilms with resazurin prior to staining with crystal violet had no effect on the latter and they can be used in sequence on the same screening plate. This sequential addition step was indeed a major improvement on the use of reagents and consumables and also shortened the work time. As a third assay in the platform a wheat germ agglutinin based assay was added to evaluate the effect a compound has on the EPS layer. Using this assay it was found that even if compounds might have clear effect on both biomass and viability, the EPS layer can be left untouched or even be increased. This is a clear implication of the importance of using several assays to be able to find “true hits” in a screening setting. In the pilot study of screening for antimicrobial and anti-biofilm effects using a cinchona alkaloid library, one compound was found to have antimicrobial effect against planktonic bacteria and prevent biofilm formation at low micromolar concentration. To eradicate biofilms, a higher concentration was needed. It was also shown that the chemical space occupied by the active compound was slightly different than the rest of the cinchona alkaloids as well as the rest of the compounds used for validatory screening during the optimization processes of the separate assays.

Element speciation and behaviour in metal-rich Boreal river and estuarine systems using ultrafiltration and chemical modelling

The bioavailability of metals and their potential for environmental pollution depends not simply on total concentrations, but is to a great extent determined by their chemical form. Consequently, knowledge of aqueous metal species is essential in investigating potential metal toxicity and mobility. The overall aim of this thesis is, thus, to determine the species of major and trace elements and the size distribution among the different forms (e.g. ions, molecules and mineral particles) in selected metal-enriched Boreal river and estuarine systems by utilising filtration techniques and geochemical modelling. On the basis of the spatial physicochemical patterns found, the fractionation and complexation processes of elements (mainly related to input of humic matter and pH-change) were examined. Dissolved (<1 kDa), colloidal (1 kDa-0.45 μm) and particulate (>0.45 μm) size fractions of sulfate, organic carbon (OC) and 44 metals/metalloids were investigated in the extremely acidic Vörå River system and its estuary in W Finland, and in four river systems in SW Finland (Sirppujoki, Laajoki, Mynäjoki and Paimionjoki), largely affected by soil erosion and acid sulfate (AS) soils. In addition, geochemical modelling was used to predict the formation of free ions and complexes in these investigated waters. One of the most important findings of this study is that the very large amounts of metals known to be released from AS soils (including Al, Ca, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Na, Ni, Si, U and the lanthanoids) occur and can prevail mainly in toxic forms throughout acidic river systems; as free ions and/or sulfate-complexes. This has serious effects on the biota and especially dissolved Al is expected to have acute effects on fish and other organisms, but also other potentially toxic dissolved elements (e.g. Cd, Cu, Mn and Ni) can have fatal effects on the biota in these environments. In upstream areas that are generally relatively forested (higher pH and contents of OC) fewer bioavailable elements (including Al, Cu, Ni and U) may be found due to complexation with the more abundantly occurring colloidal OC. In the rivers in SW Finland total metal concentrations were relatively high, but most of the elements occurred largely in a colloidal or particulate form and even elements expected to be very soluble (Ca, K, Mg, Na and Sr) occurred to a large extent in colloidal form. According to geochemical modelling, these patterns may only to a limited extent be explained by in-stream metal complexation/adsorption. Instead there were strong indications that the high metal concentrations and dominant solid fractions were largely caused by erosion of metal bearing phyllosilicates. A strong influence of AS soils, known to exist in the catchment, could be clearly distinguished in the Sirppujoki River as it had very high concentrations of a metal sequence typical of AS soils in a dissolved form (Ba, Br, Ca, Cd, Co, K, Mg, Mn, Na, Ni, Rb and Sr). In the Paimionjoki River, metal concentrations (including Ba, Cs, Fe, Hf, Pb, Rb, Si, Th, Ti, Tl and V; not typical of AS soils in the area) were high, but it was found that the main cause of this was erosion of metal bearing phyllosilicates and thus these metals occurred dominantly in less toxic colloidal and particulate fractions. In the two nearby rivers (Laajoki and Mynäjoki) there was influence of AS soils, but it was largely masked by eroded phyllosilicates. Consequently, rivers draining clay plains sensitive to erosion, like those in SW Finland, have generally high background metal concentrations due to erosion. Thus, relying on only semi-dissolved (<0.45 μm) concentrations obtained in routine monitoring, or geochemical modelling based on such data, can lead to a great overestimation of the water toxicity in this environment. The potentially toxic elements that are of concern in AS soil areas will ultimately be precipitated in the recipient estuary or sea, where the acidic metalrich river water will gradually be diluted/neutralised with brackish seawater. Along such a rising pH gradient Al, Cu and U will precipitate first together with organic matter closest to the river mouth. Manganese is relatively persistent in solution and, thus, precipitates further down the estuary as Mn oxides together with elements such as Ba, Cd, Co, Cu and Ni. Iron oxides, on the contrary, are not important scavengers of metals in the estuary, they are predicted to be associated only with As and PO4.

Åtgärdsprogram för vattenvarden i Nyland

Syftet med åtgärdsprogrammet för vattenvården är att nå EU:s mål att yt- och grundvattnen ska ha god status före 2015. I åtgärdsprogrammet presenteras de åtgärder som behövs för att nå målstatusen, kostnaderna för dem samt behovet av att utveckla styrmedlen. Ett sammandrag av de åtgärder som föreslås i åtgärdsprogrammet och kostnaderna för dem har presenterats i förvaltningsplanen för Kymmene älvs-Finska vikens vattenförvaltningsområde, som statsrådet godkände 10.12.2009. Åtgärdsprogrammet har utarbetats i samarbete med aktörerna i området och i samband med utarbetandet har det ordnats flera möten för allmänheten och seminarier. I åtgärdsprogrammet har beaktats responsen från de tre samråd som ordnades 2006–2009. Det är särskilt viktigt att effektivera vattenskyddet i Nyland, eftersom sjöarna, åarna, älvarna och kustvattnen i området har sämre status än i Finland i genomsnitt. Näringsbelastningen på vattnen är stor och vattnen har modifierats i hög grad genom utbyggnad, rensning och uppdämning. Behovet av att använda yt- och grundvattnen i området är stort till följd av den täta bosättningen. Mänsklig verksamhet medför risk för förorening för en femtedel av grundvattnet i Nyland. Finansieringsbehovet för de åtgärder enligt nuvarande praxis som föreslås för Nyland i åtgärdsprogrammet är ungefär 290 miljoner euro om året 2010–2015. Merparten av kostnaderna för åtgärderna enligt nuvarande praxis består av rening av avloppsvatten från glesbygden samt av miljöstöd för vattenskydd inom jordbruket. Finansieringsbehovet för de föreslagna tilläggsåtgärderna är ungefär 31 miljoner euro om året. Största delen av kostnaderna för tilläggsåtgärderna består av åtgärder för att minska belastningen från jordbruket. Tilläggsåtgärder har föreslagits i fråga om bl.a. iståndsättningen av vattendrag, byggandet av nya överföringsledningar samt effektiverat vattenskydd inom skogsbruket. Strävan med de tilläggsåtgärder som gäller grundvattnet är att minska risken för förorening av grundvattnet från bl.a. trafiken, samhällena och industrin. En viktig åtgärd som föreslagits för grundvattnets del är också iståndsättning av förorenade markområden och marktäkter. Utarbetandet av skyddsplaner för grundvattenområden och grundvattenutredningar bör utökas kännbart jämfört med nuläget. Vattendragens status i Nyland förbättras klart på de kraftigt belastade områdena, om de föreslagna åtgärderna vidtas. I fråga om många vattendrag och hela Finska viken behövs det dock åtgärder som sträcker sig längre än till 2015 för att uppnå god status, eftersom den överstora belastningen på vattnen och sådan verksamhet som modifierar vattnen har fortgått mycket längre. På en stor del av grundvattenområden med dålig status har man beräknat att god status uppnås med de föreslagna åtgärderna före 2015. På fem grundvattenområden har den målsatta tidtabellen skjutits fram till 2027.

Etelä-Savon pintavesien hoidon toimenpideohjelma 2010-2015

Etelä-Savon pintavesien hoidon toimenpideohjelmassa on tarkasteltu muun muassa vesien nykytilaa, vesistöjä muuttavia ja kuormittavia tekijöitä, vesien tilatavoitteita sekä tällä hetkellä käytössä olevia vesiensuojelukeinoja. Vesien tilan arviointi perustuu vesienhoidon suunnittelun yhteydessä kehitettyyn uuteen, vesien luontaiset ominaispiirteet ja vesieliöstön elinolosuhteet huomioivaan ekologiseen tilanarviointiin. Vesienhoidon toimenpideohjelmalla pyritään EU:n asettamaan tavoitteeseen pinta- ja pohjavesien hyvästä tilasta vuoteen 2015 mennessä. Ohjelmassa on esitetty pintavesien tilan ylläpitämiseksi ja parantamiseksi tarvittavia toimenpiteitä ja niiden kustannuksia vuosille 2010-2015. Toimenpiteistä ja niiden kustannuksista on esitetty yhteenveto valtioneuvoston 10.12.2009 hyväksymissä Vuoksen ja Kymijoen-Suomenlahden vesienhoitoalueiden vesienhoitosuunnitelmissa. Toimenpideohjelma on laadittu Etelä-Savon ympäristökeskuksessa vuorovaikutuksessa vesienhoidon suunnittelun yhteistyöryhmän ja alatyöryhmien kanssa vuosina 2007-2009. Myös kansalaiset ovat saaneet esittää kannanottojaan useissa kuulemisvaiheissa ja palaute on otettu huomioon toimenpideohjelmaa valmisteltaessa. Vesiensuojelun tehostaminen lisätoimenpiteitä toteuttamalla on keskeistä vesistöissä, joissa ihmistoiminta on muuttanut niitä muun muassa haja- ja pistekuormituksen aiheuttaman rehevöitymisen sekä vesistörakentamisen seurauksena. Vaikka maakunnan järvet ja joet ovat paremmassa tilassa kuin Suomessa keskimäärin, myös erinomaisessa ja hyvässä tilassa olevissa pintavesissä tarvitaan toimenpiteitä, jottei niiden tila vaarantuisi tulevaisuudessa. Toimenpideohjelmassa esitettävien nykykäytännön mukaisten toimenpiteiden rahoitustarve on vuosina 2010–2015 noin 42 miljoonaa ja lisätoimenpiteiden noin 1,1 miljoonaa euroa vuodessa. Lisätoimenpiteiden kustannuksista suurimman osan muodostavat vesistökunnostukset. Lisätoimenpiteitä on esitetty myös muun muassa maatalouden, metsätalouden ja yhdyskuntien vesiensuojelun tehostamiseen.

Development of racemization catalysts for dynamic kinetic resolution

Preparation of optically active compounds is of high importance in modern medicinal chemistry. Despite recent advances in the field of asymmetric synthesis, resolution of racemates still remains the most utilized way for preparation of single enantiomers in industrial scale due to its cost-efficiency and simplicity. Enzymatic kinetic resolution (KR) of racemates is a classical method for separation of enantiomers. One of its drawbacks is the limitation of target enantiomer yield to 50%. Dynamic Kinetic Resolution (DKR) allows to reach yields up to 100% by in situ racemization of the less reactive enantiomer. In the first part of this thesis, a number of half-sandwich ruthenium complexes were prepared and evaluated as catalysts for racemization of optically active secondary alcohols. A leading catalyst, Bn5CpRu(CO)2Cl, was identified. The catalyst discovered was extensively characterized by its application for DKR of a broad range of secondary alcohols in a wide range of reaction loadings (1 mmol – 1 mol). Cost-efficient chromatography-free procedure for preparation of this catalyst was developed. Further, detailed kinetic and mechanistic studies of the racemization reactions were performed. Comparison of racemization rates in the presence of Bn5CpRu(CO)2Cl and Ph5CpRu(CO)2Cl catalysts reveals that the performance of the catalytic system can be adjusted by matching of the electronic properties of the catalysts and the substrates. Moreover, dependence of the rate-limiting step from the electronic properties of the reagents was observed. Important conclusions about reaction mechanism were made. Finally, an alternative approach to DKR of amines based on space separated vessels was addressed. This procedure allows the combination of thermolabile enzyme with racemization catalysts active only at high temperatures.

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.

Panssarointi nykyaikaisessa taistelupanssarivaunussa

Tutkimuksessa tarkastellaan kolmannen sukupolven taistelupanssarivaunujen panssarointiratkaisuja, panssareiden rakennetta ja niiden merkitystä osana vaunun kokonaissuojaa. Tutkimuksessa käytetty tutkimusmenetelmä on kirjallisuustutkimus. Tutkimuksen lähtökohtana on hyödynnetty alan aiempia tutkimuksia, joita on täydennetty painetuilla oppailla ja verkkojulkaisuilla. Tutkimuksessa esitellään nykyisiä taistelupanssarivaunuja neljän esimerkin avulla. Tutkimuksen pääkysymys on: ”Kuinka nykyaikaiset taistelupanssarivaunut ovat panssaroitu?”. Lisäksi tutkimuksessa vastataan alakysymyksiin: ”Mikä on panssaroinnin rooli vaunun kokonaissuojassa?” ja ”Millaisia eri panssarointimateriaalit ovat rakenteeltaan?”. Tutkimus on rajattu tarkastelemaan panssarointien teknisiä arvoja ja mitattuja suorituskykyjä. Taistelutekniikan ja taktiikan merkitystä ei huomioida. Taistelupanssarivaunut ovat maataistelussa käytettävistä ajoneuvoista kehittyneimpiä niin tulivoimaltaan kuin suojaltaankin. Panssarivaunun ja panssarintorjunta-aseen kehityksen kilpajuoksu on johtanut yhä suojaavampien panssarointimateriaalien keksimiseen. Nykyaikainen panssarointi koostuu useita eri materiaaleja yhdistävistä monikerroksisista ratkaisuista. Tutkimuksessa selvitetään eri materiaalien ominaisuuksia ja merkitystä nykyaikaisten panssareiden osana. Taistelupanssarivaunun suoja on kokonaisuus, joka muodostuu toisiaan tukevista elementeistä. Tutkimuksessa tarkastellaan panssaroinnin toimintaa osana vaunun tarjoamaa kokonaissuojaa sekä sen tarjoamia mahdollisuuksia ja rajoitteita. Lopputulos on yhteenveto nykyaikaisen taistelupanssarivaunun keskeisistä panssarointiratkaisuista.

Etelä-Savon pohjavesien hoidon toimenpideohjelma 2010-2015

Etelä-Savon pohjavesienhoidon toimenpideohjelmassa esitetyillä toimenpiteillä pyritään EU:n asettamaan tavoitteeseen pohjavesien hyvästä tilasta vuoteen 2015 mennessä. Tämän toimenpideohjelman tavoitteena on esittää ne keinot, joilla Etelä-Savon arvokkaat pohjavesivarat pysyisivät hyödyntämiskelpoisina myös tulevaisuudessa. Pohjavesien toimenpideohjelmissa on rajattu tarkasteltaviksi pohjavesiksi vain tärkeiden (luokka I) ja vedenhankintaan soveltuvien pohjavesialueiden (luokka II) vesi, vaikka pohjavettä on muuallakin maaperässä ja kallioperässä. Pohjavettä vaarantava ja muuttava toiminta näillä pohjavesialueilla on tunnistettu, pohjaveden tila on määritelty ja pohjaveden hyvän tilan saavuttamiseksi ja ylläpitämiseksi on esitetty toimenpiteet eri sektoreille (esim. asutus, teollisuus- ja yritystoiminta, maatalous jne.) kustannuksineen. Toimenpiteistä ja niiden kustannuksista on esitetty yhteenveto valtioneuvoston 10.12.2009 hyväksymissä Vuoksen ja Kymijoen-Suomenlahden vesienhoitoalueiden vesienhoitosuunnitelmissa. Tärkeimmät toimenpideohjelmassa esitettävät toimet pohjavesien hyvään tilaan saattamiseksi ovat seuraavat: pohjavesialueiden suojelusuunnitelmien laatiminen ja päivittäminen tarkempien pohjavesialuekohtaisten toimenpiteiden suunnittelemiseksi, uusien riskitoimintojen ohjaaminen pohjavesialueiden ulkopuolelle, pohjaveden kemiallisen ja määrällisen tilan seurannan lisääminen, tietoperustan lisääminen pohjavesialueiden sisäisestä rakenteesta, pilaantuneiden maa-alueiden ja pohjaveden sekä maa-ainesottoalueiden kunnostaminen, liikennealueiden pohjavesisuojausten rakentaminen, maatalouden erityisympäristötuen käyttö sekä valvonnan, neuvonnan ja koulutuksen lisääminen pohjavesiasioissa.

Understanding the in vitro dissolution rate of glasses with respect to future clinical applications

Glass is a unique material with a long history. Several glass products are used daily in our everyday life, often unnoticed. Glass can be found not only in obvious applications such as tableware, windows, and light bulbs, but also in tennis rackets, windmill turbine blades, optical devices, and medical implants. The glasses used at present as implants are inorganic silica-based melt-derived compositions mainly for hard-tissue repair as bone graft substitute in dentistry and orthopedics. The degree of glass reactivity desired varies according to implantation situation and it is vital that the ion release from any glasses used in medical applications is controlled. Understanding the in vitro dissolution rate of glasses provides a first approximation of their behavior in vivo. Specific studies concerning dissolution properties of bioactive glasses have been relatively scarce and mostly concentrated to static condition studies. The motivation behind this work was to develop a simple and accurate method for quantifying the in vitro dissolution rate of highly different types of glass compositions with interest for future clinical applications. By combining information from various experimental conditions, a better knowledge of glass dissolution and the suitability of different glasses for different medical applications can be obtained. Thus, two traditional and one novel approach were utilized in this thesis to study glass dissolution. The chemical durability of silicate glasses was tested in water and TRIS-buffered solution at static and dynamic conditions. The traditional in vitro testing with a TRISbuffered solution under static conditions works well with bioactive or with readily dissolving glasses, and it is easy to follow the ion dissolution reactions. However, in the buffered solution no marked differences between the more durable glasses were observed. The hydrolytic resistance of the glasses was studied using the standard procedure ISO 719. The relative scale given by the standard failed to provide any relevant information when bioactive glasses were studied. However, the clear differences in the hydrolytic resistance values imply that the method could be used as a rapid test to get an overall idea of the biodegradability of glasses. The standard method combined with the ion concentration and pH measurements gives a better estimate of the hydrolytic resistance because of the high silicon amount released from a glass. A sensitive on-line analysis method utilizing inductively coupled plasma optical emission spectrometer and a flow-through micro-volume pH electrode was developed to study the initial dissolution of biocompatible glasses. This approach was found suitable for compositions within a large range of chemical durability. With this approach, the initial dissolution of all ions could be measured simultaneously and quantitatively, which gave a good overall idea of the initial dissolution rates for the individual ions and the dissolution mechanism. These types of results with glass dissolution were presented for the first time during the course of writing this thesis. Based on the initial dissolution patterns obtained with the novel approach using TRIS, the experimental glasses could be divided into four distinct categories. The initial dissolution patterns of glasses correlated well with the anticipated bioactivity. Moreover, the normalized surface-specific mass loss rates and the different in vivo models and the actual in vivo data correlated well. The results suggest that this type of approach can be used for prescreening the suitability of novel glass compositions for future clinical applications. Furthermore, the results shed light on the possible bioactivity of glasses. An additional goal in this thesis was to gain insight into the phase changes occurring during various heat treatments of glasses with three selected compositions. Engineering-type T-T-T curves for glasses 1-98 and 13-93 were stablished. The information gained is essential in manufacturing amorphous porous implants or for drawing of continuous fibers of the glasses. Although both glasses can be hot worked to amorphous products at carefully controlled conditions, 1-98 showed one magnitude greater nucleation and crystal growth rate than 13-93. Thus, 13-93 is better suited than 1-98 for working processes which require long residence times at high temperatures. It was also shown that amorphous and partially crystalline porous implants can be sintered from bioactive glass S53P4. Surface crystallization of S53P4, forming Na2O∙CaO∙2SiO2, was observed to start at 650°C. The secondary crystals of Na2Ca4(PO4)2SiO4, reported for the first time in this thesis, were detected at higher temperatures, from 850°C to 1000°C. The crystal phases formed affected the dissolution behavior of the implants in simulated body fluid. This study opens up new possibilities for using S53P4 to manufacture various structures, while tailoring their bioactivity by controlling the proportions of the different phases. The results obtained in this thesis give valuable additional information and tools to the state of the art for designing glasses with respect to future clinical applications. With the knowledge gained we can identify different dissolution patters and use this information to improve the tuning of glass compositions. In addition, the novel online analysis approach provides an excellent opportunity to further enhance our knowledge of glass behavior in simulated body conditions.

Specific surface charging of latex, clay and mineral oxide particles in aqueous, non-aqueous and mixed solvent systems

En djupare förståelse för växelverkan mellan partiklar i suspensioner är av betydelse för utvecklingen av en mängd olika industriella produkter och processer. Till exempel kan nämnas pigmentbaserade färger och bestrykning av papper. Genom att öka kontrollbarheten kan dessa lättare optimeras för att uppnå förbättrade produktegenskaper och/eller sänkta produktionskostnader. Av stor betydelse är även en förbättrad möjlighet att minska produktens miljöpåverkan. I avhandlingen studerades jonstyrkan och jonspecificiteten inverkan i olika akvatiska suspensioner innehållande olika elektrolyter. De partiklar som avhandlingen omfattade var metalloxider, leror samt latex. Jonstyrkan studerades från låga (c <10-3M) till och med höga (c> 10-1M) elektrolytkoncentrationer. Vid koncentrationer under 0.1 M var partikelladdningen styrd av pH och jonstyrkan. Vid högre elektrolytkoncentrationer påverkade även jonspecificiteten partikelladdningen. Jonspecificiteten arrangerades i fenomenologiska serier funna i litteraturen samt med Born modellen definierad i termodynamiken. Överraskande höga absoluta zeta-potential värden erhölls vid höga elektrolytkoncentrationer vilket visar att den elektrostatiska repulsionen har betydelse även vid dessa förhållanden. Vidare studerades titanoxidsuspensioners egenskaper i akvatiska, icke-akvatiska och blandade lösningssystem under varierande koncentration av oxal- och fosfatsyra. Vid lågt vatteninnehåll studerades även suspensioner med svavelsyra. Konduktiviteten i suspensioner med lågt vatteninnehåll ökade med tillsatt oxal- eller fosforsyra vilket är en omvänd effekt jämfört med svavelsyra eller akvatiska suspensioner. Den omvända effekten skiftade gradvis tillbaka med ökad vatteninnehåll. En analys av suspensionernas adsorption i höga etanolkoncentrationer gjordes med konduktiviteten, pH och zeta-potentialen. Viskositet studerades och applicerades framgångsrikt i viskositet/ytladdningsmodeller utvecklade för akvatiska suspensioner.