VEDEN LAADUN ON LINE MITTAUSMENETELMÄT. Risto Oikari Measurepolis Development Oy

Transkriptio

1 VEDEN LAADUN ON LINE MITTAUSMENETELMÄT Risto Oikari Measurepolis Development Oy 1

2 SISÄLTÖ 1. Measurepolis - mittaustekniikan osaamiskeskus 2. Veden laadun on line mittausten tutkimus- ja kehitystyö Measurepoliksessa 3. Mahdollisuuksia ja haasteita veden laadun on line mittauksissa 2

3 Measurepolis on Kainuussa ja muualla Suomessa toimivien mittaustekniikan Tutkimus- ja koulutuslaitosten, Kehitysyhtiöiden, Yritysten muodostama konsortio mittaustekniikan osaamiskeskus. 3

4 Measurepoliksen tehtävä on tarjota mittaustekniikkaa kehittäville ja sitä soveltaville yrityksille ja tutkimuslaitoksille alan parhainta asiantuntemusta, kansainvälisesti arvostettua tutkimus- ja tuotekehitystoimintaa, uusia innovaatioita, tuotteita ja palveluita. 4

5 Measurepolis mittaustekniikan osaamiskeskus HYVINVOINTIALA - Liikuntateknologian mittausmenetelmät YMPÄRISTÖALA - Veden laadun reaaliaikaiset mittausmenetelmät - Hajautetut mobiilit sensoriverkot PUUNJALOSTUS- TEOLLISUUS - Paperin ja massan mittausmenetelmät - Mekaanisen puun mittausmenetelmät Measurepolis Development Oy MIKES mittatekniikan keskus AJONEUVOTEOLLISUUS -Ajoneuvojen tietojärjestelmät - Vaativien olosuhteiden sulautettujen järjestelmien suunnittelu ja testaus OULUN YLIOPISTO CWC OULUN YLIOPISTO TOL OULUN YLIOPISTO Biotekniikan laboratorio KAJAANIN AMMATTI- KORKEA- KOULU OULUN YLIOPISTO MILA Mittalaitelaboratorio JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO Liikunta- biologian laitos Liikuntateknologian yksikkö VTT 5

6 VEDEN LAADUN ON LINE MITTAUSTEKNIIKAN KEHITTÄMINEN MEASUREPOLIKSESSA Panostettu vesimittauksiin vuodesta 2004 alkaen Yli kymmenen hengen tutkimusryhmä Tutkimusryhmän monipuolinen osaaminen: Optiikka, optinen spektroskopia, kamerateknologiat, biokemia, biologia, matematiikka ja laitetekniikka Yhteistyötä useiden ulkomaisten tutkimusyksiköiden kanssa (mm. Rooman yliopisto, Cranfieldin yliopisto, Cambridgen yliopisto, Oregonin yliopisto, Dalhousien yliopisto, Muroranintutkimusinstituutti, Petroskoin valtion yliopisto ja Prahantiedeakatemia Tavoite: Kehittää reaaliaikaisia ja reagenssittomia kenttämittauksiin soveltuvia menetelmiä ja mittalaitteita Tk Teknologiat: Optiseen spektroskopia k (transmissio, i heijastus, hij fluoresenssi ja sironta), biosensorit, sähkökemialliset sensorit ja kuvantavat menetelmät Sovellusalueet: Prosessivedet, jätevedet, luonnonvedet ja raakavesi 6

7 VEDEN LAADUN ON LINE MITTAUSKOHTEITA Veden fysikaaliset ominaisuudet: Väri Sameus Kiintoaine (Virtaus) Veden kemialliset ominaisuudet: Kemiallinen hapenkulutus (COD) Ravinteet (nitraatti ja fosfori) Liuennut orgaaninen hiili, fenoli, klorofyllit Liuenneet metallit (rauta, nikkeli, kupari jne) Veden biologiset ominaisuudet: - Biologinen hapen kulutus (BOD) - Bakteerit Planktonit 7

8 VEDEN LAADUN ON LINE MITTAUSTEN KEHITYSHANKKEITA Vesien laadun optinen mittaus, VELHO ( ) Monialalysaattorin sovellutukset nesteille, MONA ( ) Veden laadun spektroskopia, MeSpec ( ) Optinen vesien mittalaite, OVELA ( ) 2007) Kapillaarielektroforeesi bionäytteiden biokemiallisessa ja kemiallisessa analytiikassa, CE-BIO ( ) Sytometriaan ja fluoresenssiin perustuva bakteerien lukumäärän mittausmenetelmä, Bio-Cyto-Mine ( ) Kaivosteollisuuden vesien optiset mittaukset, KAVO ( ) Yhdyskuntien, maatalouden ja teollisuuden lietteiden id mittaaminen i optisilla ill menetelmillä, LIEMI ( ) Bakteerien nopea identifiointi kapillaarielektroforeesilla, virtaussytometrialla sekä zeta-potentiaali mittauksilla, 2-B- identification ( ) Kuvantavien digitaalisten järvien, jokisuiden vaihtumisalueiden ja rannikkovesien ekologisen tilan luokittelussa,digieko(2009) Kaivosvesien pienten metallipitoisuuksien mittausmenetelmät, Minewater ( ) 8

9 Optiseen spektroskopiaan perustuvat menetelmät FT-NIR-spektrofotometri (ABB-Bomen) UV/Vis-spektrofotometri (Props TriOS) Kenttämittausasema Plasma-avusteinen spektroskopia (Heamon) Monimittausjärjestelmä (MONA) Kenttäkelpoinen mittauskenno likaisten vesien monimittauksiin 9

10 ESIMERKKITULOKSIA: FLUORESENSSIMITTAUS FENOLI (eksitaatio 276 nm) μg/l Intensity μg/l 50 μg/l 10 μg/l 1 μg/l Wavelength [nm] 10

11 ESIMERKKITULOKSIA: Transmissiomittaus: vesi-nikkelisulfaattiliuos nikkelipitoisuus 0,1 10 mg/l 11

12 ESIMERKKITULOKSIA: Transmissiomittaus kaivos A:n vedestä 12

13 Biosensoreiden toimintaperiaate Klassinen Määritelmä Bio tunnistava elementti Muunnin Signaalin ulostulo Entsyymit Sähkökemiallinen Vasta-aineet Optinen Vastaanottajat Kokonainen solu... 13

14 Sähkökemialliset biosensorit Printattu yksittäinen sensori Copyright PalmSens Printattu multielementtisensori 14

15 Sähkökemialliset biosensorit: Esimerkki: Painettu elektrodirakenne herkistettynä sol-gel hiilinanoputkipinnalla 15

16 Sähkökemialliset menetelmät: Esimerkki: Kuparin ja lyijyn määrittäminen voltametrisesti (SWASV: square wave anodic stripping voltammetry ) µa 10 Pb Cu 8 6 Curre ent Potential V 16

17 Optiset biosensorit 17

18 Kuvantavat menetelmät: Digitaali in-line holografiamikroskopia 18

19 Laajakaistainen laserspektroskopia ultraherkkään ja ultranopeaan nesteanalytiikkaan Schnippering, Unwin, Hult, Laurila, Kaminski,Langridge, Jones, Mazurenka, Mackenzie, ElectrohemistryCommunications (2008) 19

20 On-line vesimittausten mahdollisuuksia: - Niukkenevat vesivarat ja sulkeutuvat prosessivesikierrot - Ympäristöteknologian kasvavat maailman markkinat - Tiukkeneva ympäristölainsäädäntö (BAT-periaate) - Markkinamekanismien laajeneminen ilmapäästöistä vesipäästöihin - Uudet teknologiat ja materiaalit - Erottelutekniikat - Konsentrointitekniikat - Täysin kosketuksettomat anturiratkaisut - Monimuuttujamenetelmät - Monimittausmenetelmät - Hajautetut sensoriverkot - Etämonitorointi - Ensihälytinjärjestelmät - Kasvanut rahoitus (mm. Cleen, Tk Tekes ja Innovatiiviset tiii t hankinnat) - Suuryritysten panostukset vesimittauksiin - Tiivistyvä yhteistyö eri osapuolten välillä 20

21 On-line vesimittausten haasteita: - Viranomaismääräykset (perinteisiä menetelmiä suosivat standardit) - Mittausjärjestelmien hinta vs. liiketaloudellinen hyöty - Likaantuminen - Näytteenoton pitkäaikaisluotettavuus - Monimutkaiset näytteet - Mittaustulosten luotettavuuden hallinta - Pienet pitoisuudet - Hajanainen, lähinnä pienistä yrityksistä koostuva yrityskenttä 21

22 Kiitos 22

23 MEASUREPOLIS DEVELOPMENT Oy Measurepolis Development Oy on mittaustekniikkaan erikoistunut teknologian ja liiketoiminnan kehitysyhtiö, joka luo yhteistyökumppaneilleen mittaustekniikasta kannattavaa liiketoimintaa. 23

24 OULUN YLIOPISTO - KAJAANIN YLIOPISTOKESKUS MITTALAITELABORATORIO - MILA Mittaustekniikan osaamista puunjalostusteollisuuden, ympäristöalan ja liikuntateknologian sovellusten tarpeisiin hyödyntäen optista mittaustekniikkaa

25 VTT - KAJAANIN TOIMIPISTE Ajoneuvotietoliikenne ja -anturointiratkaisut Soveltavaa tutkimusta, tuotekehitystä ja teknologiansiirtoa tiedonsiirtoteknologioiden ja anturiratkaisujen soveltamiseksi ajoneuvoihin 25

26 KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Osaavia insinöörejä ja tasokkaita testaus- ja kehityspalveluita elektroniikkateollisuudelle 26

27 CWC - KAINUU Langattomat sulautetut sensoriteknologiat teollisuusautomaatioon, urheiluun, terveydenhuoltoon, turvallisuus- ja puolustustekniikkaan. 27

28 OULUN YLIOPISTO-KAJAANIN YLIOPISTOKESKUS BIOTEKNIIKAN LABORATORIO Elintarvikebiotekniikan tutkimus- ja kehityspalveluita luonnon raaka-ainepohjaisten terveysvaikutteisten elintarvikkeiden tuottamiseksi sekä bioanalytiikan tutkimus- ja kehityspalveluita biologisten prosessien seurantaan. 28

29 MITTATEKNIIKAN KESKUS MIKES Kansainvälisesti hyväksyttyjen SI-järjestelmän mukaisten mittausyksiköiden realisointi suomalaisen teollisuuden, tutkimuksen ja viranomaisten tarpeisiin sekä metrologian tutkimus- ja kehityspalvelut teollisuudelle. 29

30 Oulun yliopisto, Tietojenkäsittelytieteiden laitos (TOL) Oulun yliopiston Tietojenkäsittelytieteiden laitoksen Kajaanin yksikkö kouluttaa tietojenkäsittelytieteiden maistereita ja tohtoreita suuntautumisvaihtoehtoina ohjemistoliiketoiminta ja ohjelmistotuotanto sekä tarjoaa alan tutkimus ja kehityspalveluita. 30

31 JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO Liikuntabiologian laitos Liikuntateknologian yksikkö Liikuntabiologian laitos on yksi Jyväskylän yliopiston liikunta- ja terveystieteiden tiedekunnan kolmesta laitoksesta. Liikuntabiologian laitoksen vuokatissa sijaitseva liikuntateknologian yksikkö kouluttaa liikuntateknologian maistereita ja tohtoreita sekä tarjoaa alan tutkimus- ja kehityspalveluita. 31