CEMISin ratkaisut metsäbiotalouden on-line mittaustarpeisiin Risto Oikari CEMIS 1.10.2013
CEMISin rakenne Mittaustekniikan tutkimusyksikkö CEMIS-OULU VTT Kajaanin toimipiste Tietojärjestelmät osaamisalue MIKES Kajaani Mittaustekniikan ja tietojärjestelmien tutkimus- ja koulutuskeskus CEMIS (Centre for Measurement and Information Systems) on Kajaaniin vuonna 2010 perustettu kahden yliopiston (Oulun yliopisto ja Jyväskylän yliopisto), kahden tutkimuslaitoksen (MIKES ja VTT) ja Kajaanin ammattikorkeakoulun yhteinen sopimuspohjainen tutkimus- ja koulutuskeskus. CEMISin toiminnassa mukana olevissa tutkimus- ja koulutusyksiköissä työskentelee noin 110 mittaus- ja tietojärjestelmäalan asiantuntijaa. Liikunta Teknologian yksikkö CEMISin tehtävänä on tarjota tutkimusja teknologian kehittämispalveluita mittaus- ja tietojärjestelmiä kehittäville ja niitä soveltaville yrityksille valituilla painoaloilla, jotka ovat mittaustekniikka, ajoneuvotietojärjestelmät sekä peli- ja simulaattoriala. Lisäksi CEMIS tarjoaa koulutusta mittaus- ja tietojärjestelmäalalla.
CEMISin painoalat Prosessiteollisuuden mittaukset ja ympäristömonitorointiratkaisut optinen spektroskopia biosensorit kuvantavat mittaukset On-line: nesteanalytiikka, veden laadun valvonta ja suspensiomittaukset Ajoneuvojen ja työkoneiden mittaus- ja tietojärjestelmät Energiaomavaraiset langattomat mittaus-, ohjaus- ja paikannusjärjestelmät Peli- ja simulaattoriala Liikunta- ja hyvinvointialan mittaukset
CEMISin mittausratkaisut bioenergiaja biopolttoaineteollisuudelle Optinen hiilihydraattiyhdisteiden mittaus Nestevirtausten partikkelien määrä, koko ja laatumittaukset Online - sensorit Online analysaattorit Ratkaisut sensoreiden likaantumisen hallintaan Bakteerien tunnistus ja karakterisointi Erikoislaboratorio palvelut Kansallinen nestevirtausmittanormaali Nestevirtausten testaus- ja kalibrointipalvelut Laboratoriomittakaavan nestevirtausten testausympäristöt
Esimerkki 1: Hiilihydraattiyhdisteiden mittaus 1) Polarisaatiospektroskopia ORD fotometria* Soveltuu suhteellisen yksinkertaisille ja valoa läpäiseville näytteille 2) Optinen monimittausmenetelmä Yhdistetty kompleksisen taitekertoimen ja valon läpäisyspektrin mittaus Soveltuu myös kemiallisesti ja fysikaalisten monimutkaisille näytteille Model (g/l) 20 10 0 0 10 20 Lab (g/l) 3) Biosensori Perustuu Ni/Co -oxidi - MWNT (multi walled carbon nano tubes) electrodiin Soveltuu valituille sokeriyhdisteille * ORD = optinen rotaatiodispersio Arvinte A, Sesay A, Virtanen V, Carbohydrates electrocatalytic oxidation using CNT-NiCo-oxide modified electrodes, Talanta, 2011, 180-186.
Esimerkki 2: Partikkelien tunnistus Virtaussytometriratkaisut, digitaalinen holografiamikroskopia ja mikrofluidistiset näytteenkäsittelyratkaisut pienten partikkelien määrän, laadun ja käyttäytymisen tutkimuksiin. Harri Juttula & Anssi Mäkynen, University of Oulu 29.8.2012 Virtaussytometria 4D-mikroskopia
Esimerkki 3: On-line sensorit haitta-aineiden tunnistamiseen On-line sensorit ja analysaattorit perustuen optiseen spektroskopiaan, sähkökemiaan ja biosensoreihin haitta-aineiden, kuten raskasmetallien, alkalimetallien, rikkiyhdisteiden, patogeenien, limaa muodostavien yhdisteiden ja bakteerien määrittämiseen.
Esimerkki 4: Laboratoriomenetelmien muuntaminen online käyttöön: Kapillaarielektroforeesi Inlet läpiviennit (2 kpl) Outlet läpivienti Laite voidaan yhdistää prosessiteollisuuden nestevirtauslinjaan Analyyttejä esim: Epäorgaaniset anionit: sulfaatti, sulfiitti, nitraatti, nitriitti Kationit: Ca, K, Mg, Mn Hapot/happojen anionit: asetaatti, laktaatti, sitruunahappo, omenahappo Sokerit ja sokerialkoholit Analyysiaika n. 3-10 min (analyysistä riippuen) PDA - 232nm 27 009 SO3 23.3.13 0.005 Name Migration Time 3.842 0.005 Jätteenkeräys Jäte ulos 0.004 3.300 0.004 Pumppu -Start signaali MDQ:lle -Näytekanava inlettiin Näyte sisään Läpivirtauskyvetti Näyteinjektio AU 0.003 0.002 0.001 0.000 2.871 3.696 3.954 4.063 0.003 0.002 0.001 0.000 AU -0.001-0.001 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 Minutes Sulfaatin ja sulfiitin CE analyysi
Esimerkki 5: Korkean jalostusasteen tuotteet metsämarjoista Kainuun puolukoista kauneutta maailmalle Uusi innovaatio Oulun yliopiston mittaustekniikan tutkimusyksiköstä (CEMIS-Oulu) Menetelmä puolukan arvokkaiden yhdisteiden eristämiseksi ja rikastamiseksi kosmetiikkakäyttöön Toteutettu Tekesin Symbio ohjelmasta rahoitetussa EAKR hankkeessa Lumene Oy on kaupallistanut keksinnön ja jättänyt siitä myös patenttihakemuksen. Kehitettyä puolukkarikastetta hyödynnetty Lumene Time Freeze -ihonhoitosarjan tuotekehityksessä. Tuotteet lanseerattiin kotimaisille ja kansainvälisille markkinoille tämän vuoden alussa. Kuva: Päivi Eskelinen
CEMISin palvelut bioenergia- ja biopolttoaineteollisuudelle Resurssit: - Noin 110 mittaus- ja tietojärjestelmäalan ammattilaista, joista noin 10 työskentelee paraikaa bioenergia- ja biopolttoainesovelluksiin liittyvissä hankkeissa - CEMIS kehittämisohjelma (2011-2014, vuotuinen budjetti reilut 2,0 miljoonaa euroa), jossa yhtenä kehityskohteena biopolttoaineiden tuotannossa tarvittava mittausteknologia - Yli 20 t&k-hanketta käynnissä tai toteutettu sitten 2004 liittyen on-line mittausteknologian kehittämiseen bioenergia- ja biopolttoaineiden tuotantoon liittyviin sovelluksiin - Kattavat mittaus-, testaus- ja analyysiympäristöt ja laitteistot sekä mittausteknologian kehittämiseen että tiettyjen bioteknisten prosessien kehittämiseen (mm. entsymaattiset prosessit) - Laaja kansainvälinen yhteistyöverkosto sisältäen sekä tutkimuslaitoksia että yrityksiä Avainteknologiat: - Optinen spektroskopia - Kuvantavat mittausmenetelmät - Analyyttinen kemia, bioanalytiikka ja biosensorit - Sensoriverkkoratkaisut Palvelut: - Yhteisrahoitteiset tutkimushankkeet - Yrityskohtaiset t&k-hankkeet - Testausympäristöjen vuokraus - Räätälöidyt testauspalvelut - Koulutus ja konsultaatio - Analyysipalvelut (mm. kationien, anionien, sokeriyhdisteiden, alkoholien ja bakteerien määritys) - Mittalaitteiden ja virtauslaitteiden kalibrointipalvelut (nestevirtaukset)
Bioenergia- ja biopolttoainesovelluksiin liittyvät t&k-hankkeet MetEfNet: Materiaalien kosteusmittausmenetelmien mittanormaalien, vertailumateriaalien ja standardien kehitys (EU EMRP, 2014 -) EUROMBR: Eurooppalainen yhteistyöverkosto mikrobioreaktoriteknologian soveltamiseksi bioprosessien kehittämiseksi (EU FP7, 2013 - ) BAKOTUS: Bakteerien tunnistusmenetelmien kehitys prosessi-, ympäristö- ja terveydenhuoltosovelluksiin (ELY, 2013 -) BEST: Tulevaisuuden kestävät bioenergiaratkaisut (FIBIC-Cleen, 2013 -) CEMIS-Development Programme: Laaja kehittämisohjelma sisältäen mm. mittausmenetelmien ja on-line sensoreiden kehittämistä sokeriyhdisteiden tunnistamiseen, alfa-amylaasin mittaamiseen ja raskasmetallien mittaamiseen sekä mittalaitekehitystyötä liittyen sensoreiden puhtaanapidon kehittämiseen, mittausdatan analyysimenetelmien kehittämiseen ja nestevirtaustestausympräistöjen kehittämiseen (ELY ja Kainuun liitto, 2011 -) BIOVESI: Ympäristön nestenäytteiden ja biopolttoaineiden nestemittausten kehittämishanke (ELY, 2013 -) MEAN: Elohopeavapaa automaattionen on-line metallianalysaattori (Tekes Green Mining, 2012 -) NICK: Uusi on-line mittausmenetelmä ympäristön kannalta kriittisen aineiden (erityisesti nikkeli) havannointiin prosessi- ja jätevesistä (Tekes Green Mining, 2012 -) RACE: Nopeat ja kustannustehokkaat menetelmät ympäristölle haitallisten yhdisteiden mittaamiseksi jätevesistä (Tekes, 2011 -) LUMO: Uudet optiset sensorit nesteiden laatumittauksiin (Tekes, 2011-2012) Cleen/MMEA:Mittaus, monitorointi ja ympäristövaikutusten arviointi -ohjelma (Tekes, 2010 -) BIOMECON: Mittaus- ja säätöteknologiat uudistuvalle metsäteollisuudelle ja biojalostomoille (Tekes, 2009-2012) MOSA: Monianalysaattorin kehitys (TEKES, 2008-2010) 2-bidentification: Bakteerien identifiointiin soveltuvien biospesifisten funktionaalisten pintojen tutkimus (TEKES, 2008-2010) LIEMI: Lietteiden mittausten kehitys (Tekes, 2008-2009) Bio-cyto-mine: Bioliuotusmenetelmän ja bakteerien mittausten kehitys kaivosteollisuuden (TEKES, 2007-2008) BiMi 1-2: Biosensorikehitys terveydenhuollon ja ympäristövalvonnan (Kainuun maakunta kuntayhtymä, 2005-2008) KAVO: Kaivosvesien optiset mittaukset (ELY, 2008) OVELA: Vedenlaadun optinen mittaus (Tekes, 2006-2007) MeSpec: Vedenlaadun spektroskooppiset mittaukset (ELY, 2005-2007) MONA: Vedenlaadun monimittaukset (Tekes, 2005-2006) VELHO: Vedenlaadun optiset mittaukset (Tekes, 2004-2005)
Luotettavat on-line mittausratkaisut vaativiin sovelluksiin Kiitokset! Johtaja Risto Oikari CEMIS (Kuntokatu 5, FIN-87101 KAJAANI, FINLAND) Puh.: +358-44-7101410, s-posti: risto.oikari@cemis.fi