Management of multi-scale forest resource data over time

During the last decades there has been a global shift in forest management from a focus solely on timber management to ecosystem management that endorses all aspects of forest functions: ecological, economic and social. This has resulted in a shift in paradigm from sustained yield to sustained diversity of values, goods and benefits obtained at the same time, introducing new temporal and spatial scales into forest resource management. The purpose of the present dissertation was to develop methods that would enable spatial and temporal scales to be introduced into the storage, processing, access and utilization of forest resource data. The methods developed are based on a conceptual view of a forest as a hierarchically nested collection of objects that can have a dynamically changing set of attributes. The temporal aspect of the methods consists of lifetime management for the objects and their attributes and of a temporal succession linking the objects together. Development of the forest resource data processing method concentrated on the extensibility and configurability of the data content and model calculations, allowing for a diverse set of processing operations to be executed using the same framework. The contribution of this dissertation to the utilisation of multi-scale forest resource data lies in the development of a reference data generation method to support forest inventory methods in approaching single-tree resolution.

Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography: Instrumental and Methodological Development

Comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC×GC) offers enhanced separation efficiency, reliability in qualitative and quantitative analysis, capability to detect low quantities, and information on the whole sample and its components. These features are essential in the analysis of complex samples, in which the number of compounds may be large or the analytes of interest are present at trace level. This study involved the development of instrumentation, data analysis programs and methodologies for GC×GC and their application in studies on qualitative and quantitative aspects of GC×GC analysis. Environmental samples were used as model samples. Instrumental development comprised the construction of three versions of a semi-rotating cryogenic modulator in which modulation was based on two-step cryogenic trapping with continuously flowing carbon dioxide as coolant. Two-step trapping was achieved by rotating the nozzle spraying the carbon dioxide with a motor. The fastest rotation and highest modulation frequency were achieved with a permanent magnetic motor, and modulation was most accurate when the motor was controlled with a microcontroller containing a quartz crystal. Heated wire resistors were unnecessary for the desorption step when liquid carbon dioxide was used as coolant. With use of the modulators developed in this study, the narrowest peaks were 75 ms at base. Three data analysis programs were developed allowing basic, comparison and identification operations. Basic operations enabled the visualisation of two-dimensional plots and the determination of retention times, peak heights and volumes. The overlaying feature in the comparison program allowed easy comparison of 2D plots. An automated identification procedure based on mass spectra and retention parameters allowed the qualitative analysis of data obtained by GC×GC and time-of-flight mass spectrometry. In the methodological development, sample preparation (extraction and clean-up) and GC×GC methods were developed for the analysis of atmospheric aerosol and sediment samples. Dynamic sonication assisted extraction was well suited for atmospheric aerosols collected on a filter. A clean-up procedure utilising normal phase liquid chromatography with ultra violet detection worked well in the removal of aliphatic hydrocarbons from a sediment extract. GC×GC with flame ionisation detection or quadrupole mass spectrometry provided good reliability in the qualitative analysis of target analytes. However, GC×GC with time-of-flight mass spectrometry was needed in the analysis of unknowns. The automated identification procedure that was developed was efficient in the analysis of large data files, but manual search and analyst knowledge are invaluable as well. Quantitative analysis was examined in terms of calibration procedures and the effect of matrix compounds on GC×GC separation. In addition to calibration in GC×GC with summed peak areas or peak volumes, simplified area calibration based on normal GC signal can be used to quantify compounds in samples analysed by GC×GC so long as certain qualitative and quantitative prerequisites are met. In a study of the effect of matrix compounds on GC×GC separation, it was shown that quality of the separation of PAHs is not significantly disturbed by the amount of matrix and quantitativeness suffers only slightly in the presence of matrix and when the amount of target compounds is low. The benefits of GC×GC in the analysis of complex samples easily overcome some minor drawbacks of the technique. The developed instrumentation and methodologies performed well for environmental samples, but they could also be applied for other complex samples.

Agoralla : avauksia ympäristöasiantuntijoiden vuorovaikutusprosesseista

Ympäristöasiantuntijoiden vuorovaikutusta on tutkittu agoralla (antiikin tori). Se on julkinen tila, jossa markkinat, politiikka, tiede ja yhteiskunta kohtaavat. Tutkimus kuuluu yhteiskuntatieteellisen ympäristötutkimuksen alaan, mutta siinä hyödynnetään myös tulevaisuudentutkimusta. Työn motivaationa on ollut tekijän monitieteinen koulutustausta: yhteiskuntatieteilijä ja luonnontieteilijä. Miten ja miksi vuorovaikutus eri asiantuntijoiden välillä on haasteellista ja merkityksellistä esimerkiksi metsän biodiversiteetin vähenemisen ehkäisemiseksi. Keskeisiä käsitteitä ovat asiantuntijuus, vuorovaikutus, tiedon luotettavuusja kontekstisidonnaisuus, Väitöskirja koostuu neljästä eri asiantuntijuustarinasta. Ensimmäinen (luku 2) perustuu haastatteluihin suomalaisten ja saksalaisten bio- ja yhteiskuntatietelijöiden käsityksistä luonnosta ja ympäristöstä. Tutkimusongelmana on luonnontieteilijöiden ja yhteiskuntatieteilijöiden Suomessa ja Saksassa ”kulttuurierot” luonnon ja ympäristön käsitteellistämisessä. Johtopäätöksenä on, että aistittu luonto, ympäröivä ympäristö sekä ihmisen muokkaama elinympäristö eivät tunne selkeitä tiede- eikä maanrajoja. Tämä luku toimii ponnahduslautana konstruktioiden taakse vuorovaikutuksen haasteisiin. Kirjan toinen tarina (luku 3) perustuu haastatteluihin suomalaisten metsän biodiversiteettiasiantuntijoiden vuorovaikutuksesta. Tutkimusongelman lähtökohtana on metsän biodiversiteetin väheneminen ja tästä seuraavat polittisetkin vuorovaikutustilanteet. Miten konteksti vaikuttaa eri asiantuntijoiden vuorovaikutukseen ja mitä tästä seuraa? Analyysin päätulos on implisiittisen, vahvasti kontekstisidonnaisen asiantuntijatiedon hyödyntämisen tarve ja voimavara metsän biodiversiteetin vähenemisen ennaltaehkäisemiksi. Kolmas tarina asiantuntijuudesta (luku 4) perustuu Etelä-Suomen metsien suojelutoimikunnassa (Metso) tehtyihin havainnointeihin. Tutkija on näin ollut itse eräänlaisella torilla havainnoijana. Tutkimusongelmana on ”ohipuhuminen”, tiedon luotettavuus ja implisiittien tiedon hyväksyttävyys. Johtopäätöksenä on asiantuntijuuden vahva kontekstisidonnaisuus hetkeen ja paikkaan ja yhteisen kielen (vrt. transdisiplinaarisuus) löytyminen yhteisen tavoitteen saavuttamiseksi. Merkittäviä välineitä vuorovaikutuksen onnistumiseen ovat esimerkiksi yhteinen vahva tavoitetila, interkatio, joka koskee läsnä olevia ihmisiä ei instituutioita sekä fasilitaattorin vahva rooli tulkkina ja välittäjänä. Neljäs tarina (luku 5) vie agoran konkretiaan. Tässä luvussa on kehitetty eläytymiskävely- menetelmää, jossa fasilitaattori (tutkija) johdattaa Espoon keskuksessa hallinnon, politiikan, asukkaiden ja konsultin edustajat aistimaan ja tulkitsemaan alueen sosiaalista tilaa, toiminnallisuutta ja elämyksellisyyttä. Ongelmana on aistimaailman asiantuntemuksen hyödyntämättömyys yhdyskuntasuunnittelun välineenä mm. asiantuntijoiden vuorovaikutuksen välineenä. Menetelmäkehitys on aluillaan, mutta jo tässä tapauksessa käy ilmi, että jaettu tila, jaetut aistikokemukset konkreettisella kävelyllä avaavaat vuorovaikutuksen uusiin ulottuvuuksiin, jossa implisiittiselle asiantuntemukselle annetaan sijansa vuorovaikutuksessa ja tätä kautta voidaan vaikuttaa myös tehtäviin päätöksiin, toimenpiteisiin. Johtopäätöksissä (luku 6) korostuu implisiittisen asiantuntijuuden merkitys. Onnistunut vuorovaikutteinen toiminta eri asiantuntijoiden kesken esimerkiksi erilaisia ympäristöongelmia –ja ilmiöitä ratkottaessa ja pohdittaessa vaatii vuorovaikutusosaamista. Tutkimuksen lopuksi suositellaan esimerkiksi ennakkoluulottomia avauksia agoralla. Asiantuntijuus ei ole yksi ja vain asiaatuntevuus on mahdollista. Agora on jatkuvassa liikkeessä ja juuri siinä piilee voimavara tulevaisuuden haasteisiin erilaisilla rajapinnoilla. Avainsanat: asiantuntijuus, vuorovaikutus, tieto, konteksti, agora

UHPLC-epäpuhtausmenetelmän kehittäminen ja validointi inhalaatiovalmisteelle

Tämän diplomityön tarkoituksena on kehittää menetelmä, jolla voidaan seurata inhalaatiovalmisteen sisältämiä epäpuhtauksia. Menetelmä kehitetään erittäin korkean suorituskyvyn kromatografialaitteistolle (Ultra High Performance Liquid Chromatography, UHPLC) jo olemassa olevan HPLC-epäpuhtausmenetelmän pohjalta. Uusi menetelmä kehitetään analyysiajan lyhentämiseksi ja erotuksen resoluution parantamiseksi. Työn kirjallisuusosa esittelee lyhyesti inhalaatiovalmisteet sekä nestekromatografian perusteet. Korkean erotuskyvyn nestekromatografia ja analysoinnin apuna käytettävät parametrit selvitetään laskukaavoineen. Kirjallisuusosa keskittyy epäpuhtausmenetelmän kehittämisen kulkuun ja menetelmän validoinnissa suoritettaviin kokeisiin. Soveltavassa osassa Orion Oyj:n kehitteillä olevalle kahden vaikuttavan aineen inhalaatiovalmisteelle kehitetään UHPLC-epäpuhtausmenetelmä kirjallisuusosiossa esitellyn menetelmäkehitysrungon pohjalta. Menetelmäkehityksen kulku ja analyysin olosuhteiden valinta esitellään pääpiirteittäin, jonka jälkeen kehitetty menetelmä validoidaan sille tehdyn validointisuunnitelman mukaisesti. Kehitetystä UHPLC-epäpuhtausmenetelmästä saatiin 16 minuuttia lyhyempi kuin vastaava HPLC-epäpuhtausmenetelmä. Myös analyysin resoluutio parantui merkittävästi. Toistuvien injektioiden jälkeen kromatogrammissa esiintyi kuitenkin häntimistä, joka johti merkittävään resoluution heikkenemiseen. Häntimisen syyksi epäiltiin toisen vaikuttavan aineen kiinnittymistä kolonnimateriaaliin, mutta sen estämiseksi ehdotetut toimenpiteet eivät sopineet kehitettyyn menetelmään.