Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Browsing by department "Department of Chemistry"

Sort by: Order: Results:

  • Tse, Yu Tat (2018)
    The literature part of this thesis contains the review of development of portable gas chromatograph (GC) and its application in gas analysis. The scope includes portable capillary GC and chip-based GC. Gas chromatography is a separation technique based on different retention behavior of compounds in stationary phase. The use of portable GC enables chemists to carry out rapid on-site chemical analysis. Rapid, on-site analyses are valuable in fields such as air quality monitoring, emergency reaction and forensic application. Studies have shown that performance of portable GC analysis in these fields was as promising as conventional, bench-top GC analysis. The aims of portable GC development were mainly improved separation efficiency, faster analysis, greater portability, reduced power consumption, increased autonomous time and lower detection limit. Different components of portable GC are reviewed: they are separating channels/columns and stationary phases, temperature programming system, pre-concentrator, injector and detector. Semi-packed column and materials with great surface-area-to-volume ratio as stationary phase support were researched to increase surface area of retention. An improved separation efficiency was observed. Multi-channel capillary chips were fabricated to increase sample capacity of the column. Resistive heating was used in portable GC to provide high heating rate. This enables high efficiency separation in fast GC analysis. Efforts were made to reduce power consumption of the heating system to increase portable time. Using ambient air as the carrier gas eliminate the need of helium gas tank in the portable GC system. Researches were done to overcome the limitations of using ambient air. Vacuum-outlet GC technique was used to speed up the analysis. Air purification method was discussed to provide stable supply of clean air. Stability of stationary phase in ambient air was compared. A pre-concentrator is always used to lower the detection limit of gas analysis. Solid-phase microextraction (SPME) devices were commonly used. Micro-fabricated pre-concentrators were designed to enrich the analyte on-line prior to sample injection. The type of adsorbent in pre-concentrator and methods to achieve selectivity were discussed. Miniaturized detectors reported in portable GC were reviewed. Changes in the detector design were made to enhance signal quality and sensitivity in various detectors. They were made very small and light to increase portability of the GC. At last, portable GCxGC system is also mentioned. GCxGC has higher separation power than one-dimensional GC system. It allows chemist to separate analytes from complicated matrixes. Pneumatic and thermal modulation that transfer analyte bands from column to column was described. The advantages of adaptive GCxGC were also explained. The experimental part of this thesis describes a standard gas generation system of volatile organic compounds (VOCs) and its use in VOCs quantitation with internal standard, using SPME arrow as the sampler. The standard generation system was based on diffusion of analyte vapour through a deactivated capillary out of a GC vial. The vapour was carried away by nitrogen gas then diluted in various mixing ratio with nitrogen gas. The standard gas generation system can produce gas standard from any compound with high vapour pressure. The concentration of gas standard generated was validated with liquid standard. After choosing the appropriate sampling time with SPME arrow, calibration curves were constructed with conventional GC-MS and portable capillary GC-MS. Internal standard, octanal in this experiment, was generated using similar method. At various dilution factor of VOC standard, the peak area of internal standard was similar despite fluctuations. It showed the mass of internal standard extracted on the SPME arrow was relatively constant in different points on the calibration curves. Calibration curves of the VOCs with internal standard showed an improved correlation coefficient compared to calibration curves of the same VOCs without internal standard. It showed the use of internal standard in the can compensate the errors during sampling procedures. For real sample analysis, VOCs emitted from lemon sample was analyzed using the system to estimate emission rate of VOCs from lemon sample. Possible add-ons to the system were also discussed to make the system portable and reduce the uncertainty arising from variation of temperature and humidity in air during air sampling.
  • Alanen, Osku (2017)
    Prostate cancer remains one of the most frequently diagnosed cancers in men. While its localized form is typically slowly advancing, the aggressive and metastasized forms are responsible for a significant amount of deaths in men in developed countries. Thus, more reliable methods of diagnosis are currently highly sought-after. Prostate Specific Membrane Antigen (PSMA) remains a highly-researched receptor of choice, which has been found to be overexpressed in majority of prostate cancers. Several PSMA-targeting inhibitors with suitable radioisotopes are already being utilized for PET imaging (18F, 68Ga) and treatment (177Lu) of prostate cancer, with new radiotracers possessing improved characteristics being highly sought-after. Fluoroglycosylation is a typical method of altering the properties of radiotracers, leading into more desirable tracer characteristics, such as increased renal excretion due to the compound’s increased hydrophilicity. This can be achieved with chemical reactions, such as oxime formation, where the molecule is conjugated with a fluorine-containing carbohydrate. The aim of this study was to develop two 18F-labeled PSMA inhibitors via oxime formation by utilizing two 18F-labeled carbohydrates: 5-[18F]fluoro-5-deoxyribose ([18F]9) and 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose ([18F]12). The precursor 3 moiety was successfully synthesized by utilizing an amide coupling reaction (yield 56%), followed by acid-catalyzed deprotection. The purification of precursor 3 was achieved by high-performance liquid chromatography (HPLC) with a yield of 29%. The precursor moiety was conjugated with [18F]9 and [18F]12 via oxime formation to yield compounds [19F]4 (yield 39%) and [19F]5 (yield 39%), respectively. This was followed by the synthesis of their respective radioisotopes, [18F]4 and [18F]5. [18F]9 exhibited more favorable labeling characteristics with precursor 3 compared to those of [18F]12, likely due to its readily-available aldehydic form, and milder reaction conditions. Conjugation of [18F]9 with precursor 3 moiety was successfully achieved in 15 minutes at room temperature in the presence of 0.3 M anilinium acetate buffer, with a radiolabeling yield up to 91% (1.5 mM peptide concentration). Comparably, conjugation with [18F]12 was achieved in 30 minutes at 85 ℃ in the presence of aniline, with a radiolabeling yield of 57% (9.8 mM peptide concentration). Minor by-product formation was also evident with [18F]5 while the reaction appeared more specific with [18F]4. Purification of [18F]4 was achieved by HPLC, yielding the radiotracer with 98% radiochemical purity. Similarly, purification of [18F]5 was demonstrated with HLPC using a smaller batch, yielding the product with a radiochemical purity of 88%. Minor degradation of the oxime ether bond into free [18F]9 or [18F]12 was evident as a function of time in an acidic environment, especially with [18F]5. The lipophilicity of the compounds was also demonstrated by the shake-flask method. Both compounds were found to be highly hydrophilic, with LogD7.4 values of –2.8±0.3 and -3.1±0.2 for [18F]5 and [18F]4, respectively. Further experiments should be made to optimize the radiosynthesis protocols for higher activities, and to determine the minimum peptide concentration and reaction time needed for the oxime ether formation. Additionally, the molar activities of the compounds should be determined. Also, the IC50 inhibition potency of PSMA with [18F]4 should be evaluated prior to any in vivo trials to better evaluate its potential as a possible PSMA inhibitor.
  • Hiilloste, Tea (2015)
    Ligniini on maailman toiseksi yleisin biopolymeeri. Se mahdollistaa puun puutumisen sekä veden ja ravinteiden kulkeutumisen puun- ja ruohovartisten kasvien soluissa. Ligniinillä on havaittu antioksidatiivisiä ominaisuuksia, sillä se kykenee pelkistämään radikaaleja. Antioksidanttiaktiivisuuteen vaikuttaa molekyylin sisäinen molekulaarinen koostumus. Ligniinin perusrakenne muodostuu kolmesta kanelialkoholin monomeeristä. Nämä monomeerit muodostavat entsyymikatalysoitujen hapetusreaktioiden kautta monimutkaisen polymeeriketjun. Tämä tutkielma tarkastelee kirjallisuusosuudessa ligniinin rakenteesta havaittuja rakenneyksiköitä ja niiden kykyä toimia antioksidantteina. Kokeellisessa osiossa syntetisoitiin ensin ligniinin rakenteessa esiintyvä, niin kutsuttu 8-rengasrakenne, dibentsodioksosiini. Tämän jälkeen syntetisoidun malliaineen annettiin reagoida entsyymikatalyyttisesti hapettavissa olosuhteissa koniferyylialkoholin kanssa. Kokeiden toivottiin antavan lisävalaistusta ligniinipolymeerin 3-uloitteisen rakenteen muodostumiseen. Reaktioseokset analysoitiin NMR-spketroskopian ja HPLC-kromatografian avulla ja tärkeimmälle oletettavalle ristikytkentätuotteelle syntetisoitiin tetrameerinen analogi. Työssä tutkittiin myös ligniinin analysointia pyrolyysi-GC/MS-laitteistolla. Tulosten analysoimiseksi luotiin ensin yhdeksän yksinkertaisen, ligniinin pyrolyysissä oletettavasti muodostuvan yhdisteen GC/MS-spektrikirjasto ja tätä hyödynnettiin kuuden ligniinin malliyhdisteen pyrolyysihajoamistuotteiden identifioimisessa. Yksi malliyhdisteistä oli aiemmin valmistettu dibentsodioksosiini ja loput edustivat yleisimpiä ligniinin rakenneyksikköjä.
  • Oksanen, Esko (Helsingin yliopistoUniversity of HelsinkiHelsingfors universitet, 2005)
  • Johansson, Maria (2013)
    Dispersive liquid-liquid microextraction was developed in 2006 for the extraction of organic compounds from water samples. Since then, more complex matrices have been processed and the technique includes nowadays a variety of subsets. To the advantages of the technique are, for example, its rapidity, low cost and high enrichment factors. A pretreatment and analysis method was developed for the five harmful flame retardants, dechlorane plus (syn and anti) and dechloranes 602, -603 and -604 (component A) from solid environmental samples. The pretreatment method included extraction with pressurised liquid extraction and clean-up with multilayer silica and basic alumina columns. The analytes were separated and analysed with gas chromatography coupled to mass spectrometry. Electron capture negative ionisation was applied as the ionisation technique. The developed method was sensitive, resulting in acceptable recoveries and low detection limits. The chosen ionisation technique was proven to be superior over the more used electron ionisation.
  • Suorsa, Matti Valtteri (2017)
    In Finland, the spent nuclear fuel will be deposited at a depth of 400 m in the granitic bedrock. The disposal is based on KBS-3 concept, which relies on the multi-barrier principle, where different successive barriers prevent the migration of radionuclides to biosphere. The spent nuclear fuel is placed in the disposal tunnels in copper-iron canisters, which are surrounded by bentonite clay to insulate them from the groundwater flow and protect from the movements of the bedrock. Bentonite clay consists mainly of montmorillonite, which like the other aluminosilicates are known to retain radionuclides thus, contributing to the retention or immobilization of them. Besides the contribution to the multi-barrier system, the bentonite buffer is assumed to be a potential source of colloids due to the erosion of bentonite in certain conditions. Colloids in the context of radionuclide migration are nanoparticles in the size range from 1 to 1000 nm that remain suspended in water. The montmorillonite colloids could potentially act as carriers for otherwise immobile radionuclides like transuranium elements in the case of canister failure. Especially, 241Am is an important radionuclide regarding the long-term safety of the final disposal as after a few hundred years 241Am and its mother 241Pu contribute most to the radiotoxicity of the spent nuclear fuel. The relevance of the colloids to the long-term performance is depending on several factors like colloid stability, mobility and their interaction with radionuclides. The colloid stability is depending on the groundwater conditions like ionic strength and pH. In low salinity groundwaters, the montmorillonite colloids have been shown to be stable. On the other hand, the collective processes of the rock matrix, bentonite colloids and radionuclides have to be investigated to assess the long-term performance of the multi-barrier system. It requires the combination of the different scale experiments from the simple laboratory experiments to large, natural scale in-situ experiments to understand the complex processes affecting the colloid-facilitated radionuclide migration. The large-scale laboratory experiments conducted with granite blocks offer an intermediate between the two extremes having a more natural system than the former and a better controllability than the latter. In this study, the radionuclide migration was studied in different scale laboratory experiments. The colloid-facilitated transport of Eu was studied with a block-scale experiment using a granite block with a natural water conducting fracture. The suitability of the block was assessed by conducting several experiments using different non-sorbing and sorbing tracer and montmorillonite colloids separated from synthetic Ni-labeled montmorillonite and Nanocor PGN Montmorillonite (98 %). Laser-induced breakdown detection (LIBD), photon correlation spectroscopy (PCS) and ICP-/MP-OES were utilized in colloid detection. Supportive batch experiments were conducted to study the colloid stability in different ground waters and the interaction between the granite, different montmorillonite colloids and Eu, an analog to Am. Good reproducibility was obtained with non-sorbing tracers. The breakthrough of the radioactive 3H, 36Cl and fluoresceine and Amino-G dyes showed similar behavior. On the other hand, no breakthrough of montmorillonite colloids or 152Eu occurred. Based on the literature review, the low flow rates used could be the reason for this. Low flow rate (50 μl/min) could affect the colloid mobility strongly which could explain that Eu retained in the fracture. More experiments with higher flow velocities would be required. Different montmorillonite materials showed similar but not exact the same sorption behavior of Eu. The fraction of Eu attached to colloids decreased during the experiments and correspondingly the fraction attached to the granite increased. At the same time, colloids remained stable during the expertiments. This indicates that desorption of Eu from the colloids is taking place in the presence of granite. Also, the effect of different water composition on the stability of colloids was clearly seen on the preparation of colloid suspensions in different water simulants. Even a small increase in the ionic strength of the solution made the especially Ni-montmorillonite colloids instable.
  • Jeskanen, Emmi (2015)
    Eheyttävässä eli integroivassa opetuksessa aiheita käsitellään oppilaan kokemusmaailman näkökulmasta. Se voi olla vertikaalista tai horisontaalista. Sisältöalueet valitaan niin, että ne ovat oppilaan kannalta merkittäviä, ajankohtaisia ja yhteiskunnallisia. Kiertotalous on hyvä aihe eheyttävään opetukseen. Se on aiheena ajankohtainen ja sen avulla voidaan välittää oppilaille tietoa myös nykypäivän kemian tutkimuksesta ja sovelluksista. EU:ssa ja Suomessa on tehty kansallisia päätöksiä, joiden tarkoituksena on edistää kiertotalouden syntymistä ja biotalouden osaamisen kehittymistä. Aiheesta on tarpeellista saada tutkimuspohjaisesti kehitettyä opetusmateriaalia. Kestävä kehitys ja oppiaineiden välisen yhteistyön lisääminen on teemana uudessa valtakunnallisessa perusopetuksen opetussuunnitelmien perusteissa. Lisäksi oppilaiden laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tulee tukea jokaisessa oppiaineessa ja kehittää heidän elinikäisen oppimisen edellytyksiä. Yhtenä kemian opetuksen tavoitteena on, että oppilas oppii luomaan merkityksen kemian ilmiöiden ja sovellusten sekä ihmisen ja yhteiskunnan välille. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tukea eheyttävän kontekstuaalisen opetuksen avulla oppilaiden kiinnostusta kemiaa kohtaan. Aikaisempien tutkimusten mukaan oppilaiden kiinnostus oppiainetta kohtaa parantaa heidän opiskelua ja syvällistä oppimista. Luonnontieteiden oppitunnilla käytetty kontekstipohjainen opetustapa myös motivoi oppilaita ja lisää useimmiten oppilaiden positiivista suhtautumista luonnontieteitä kohtaan. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jonka tavoitteena on tuottaa opetuskokonaisuus yläkoulun kemian oppitunneille. Opetuskokonaisuuden kontekstina on kiertotalous puukemian näkökulmasta. Kehittämistutkimusta ohjaavat tutkimuskysymykset ovat: 1) Mikä on nykytilanne kemian opetuksessa kiertotalouden opetuksessa, erityisesti puukemian näkökulmasta? 2) Miten kiertotalous kontekstina voidaan toteuttaa kouluopetuksessa mielekkäästi? Vastauksia ensimmäiseen kysymykseen on etsitty yläkoulun kemian oppikirjojen tarveanalyysillä. Tarveanalyysi osoitti, että oppikirjoissa puun kemia esitetään kapeasta näkökulmasta ja kirjojen sisällöistä puuttuu kokonaan kiertotalous. Kehittämistuotos on tuotettu kirjallisuudesta ja tarveanalyysista esiin tulleiden puutteiden ja tarpeiden perusteella. Kehittämistuotos on opetuskokonaisuus kiertotaloudesta, jossa hyödynnetään yhteisöllistä ja tutkivaa oppimista sekä kehitetään oppilaan tieto- ja viestintäteknillisiä taitoja. Opetuskokonaisuuden aikana oppilaat tekevät kiertotalouteen liittyvä tutkimuksen, jonka he julkaisevat valitulle internetalustalle. Kokonaisuuteen kuuluu myös ryhmän työn esittäminen, toisten töiden arvioiminen ja oman työskentelyn itsearviointi. Tässä tutkimuksessa tuotettua opetusmateriaalia voidaan käyttää opettajien työkaluna, sillä se vastaa uuden perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaisia sisältöjä ja se paikkaa oppimateriaaleissa ilmenneitä puutteita. Lisäksi oppimateriaalien kirjoittajat voivat hyödyntää tutkimustulosten ja tuotetun materiaalin ideoita uusien oppimateriaalien kirjoittamisessa.
  • Holma, Paula (2017)
    Denna avhandling behandlar elektrokinetisk kapillärkromatografi (EKC) och omfattar en litteraturöversikt och en experimentell studie. Litteraturöversikten består av en inledande teoretisk genomgång av principerna för EKC. Den följs av en presentation av litteraturen rörande tillämpning av EKC vid analys av lokalbedövningsmedel. Micellär elektrokinetisk kapillärkromatografi (MEKC) är den äldsta versionen av EKC och hittills den mest använda för separation av lokalbedövningsmedel. Under de senaste åren har dock speciellt användningen av vesiklar och lipiddispersioner samt mikroemulsioner som pseudostationär fas ökat. I den experimentella delen av arbetet användes liposom elektrokinetisk kapillärkromatografi (LEKC) för att studera växelverkningar mellan bioimiterande membraner och sex lokalbedövningsmedel och ett typiskt konserveringsmedel. De bioimiterande membranerna bestod av liposomer uppbyggda av 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-fosfatidylkolin (POPC) och 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-[fosfo-rac-(1-glycerol)] (POPG), med eller utan kolesterol. Retentionsfaktorer och fördelningskonstanter bestämdes för samtliga analyter. Liposomernas mobilitet, vilken behövs för beräkning av analyternas retentionsfaktorer, bestämdes genom en iterativ procedur som innebar bestämning av retentionsfaktorer för en homologisk serie alkylbenzoater. Analyternas fördelning i liposomer jämfördes med litteraturvärden för fördelningen i oktanol/vatten-system. Temperaturens inverkan på växelverkningarna undersöktes genom att utföra separationer vid 25°C, 37°C och 42°C. Studierna visade att analyternas fördelning i liposomerna minskar då kolesterol tillsätts till liposomerna. Temperaturförändringen hade en smärre, osystematisk inverkan på växelverkningarna. Korrelationen mellan de experimentellt bestämda fördelningskonstanterna i liposom/vatten-system och litteraturvärden för fördelningen i oktanol/vatten-system är relativt svag.
  • Corbin, Antoine (2015)
    Many diseases are dependant of the concentration of hormones in our body, especially for women. The risk of having this type of disease such as sex-related cancer is lower in Asian countries thanks to the high consumption of soy in these countries. Indeed, soy contains several isoflavones such as daidzein or genistein which act as phytoestrogens once metabolized in our body. It is due to the fact that they are similar to estrogens but they do not have or have a lower biological effect than estrogens compounds. (S)-dihydrodaidzein, a product of the metabolism of daidzein which is one of these isoflavones, has a stronger bioactivity than its parent compound but only 30% of the population in the world can obtain it naturally. The current research was focused on the stereoselective synthesis of dihydrodaidzein by hydrogenation using a chiral catalyst that will favor the obtention of only one enantiomer. (S)-proline was used as the chiral modifier. Two types of hydrogenation were used, transfer hydrogenation and hydrogenation under pressure, the latter being the one where we obtained the maximum of enantiomeric excess. 44% was achieved after 3 hours of hydrogenation with palladium on activated carbon as catalyst at 20 bars of pressure of dihydrogen. It is the first report of the use of (S)-proline on another compound than isophorone and we obtained higher enantiomeric excess for the same conditions. This study relies on the use of one and two-dimensional NMR, preparative HPLC-MS and chiral HPLC to identify and to obtain pure compounds and the enantiomeric excess of dihydrodaizein. Future research should focus on the kinetic study of this reaction and the elucidation of the mechanism.
  • Honkalammi, Henri (2017)
    Propargyl or methacrylate end-functionalized polylactides are important intermediates in polymer synthesis towards their application in the biomedical field. Through these intermediates hydrophobic polylactides are post polymerized with hydrophilic monomers or coupled with preformed hydrophilic homopolymers to obtain amphiphilic copolymers that possess qualities that they wouldn’t otherwise have. These systems show a unique property: self-assembly into micellar structures that can be utilized in drug delivery applications. Polylactides (PLA) offer biocompatibility and biodegradability to its non-toxic and non-carcinogenic metabolites for these biomedical applications. Understanding the synthesis, modification and processing of PLA in this light is a cornerstone for successful development of new PLA-based biomaterials. This thesis gives an overview of polylactide end functionalization, their post polymerization and documents attempts to synthesize different end functional polylactides. The experimental part of this thesis focuses on the synthesis of propargyl and methacrylate end-functionalized PLA:s with different chain lengths and their characterization with the appropriate polymer characterization techniques.
  • Rajala, Taneli (2014)
    Enhancement of polymer electrolyte fuel cell tolerance to CO impurities would allow the use of lower quality hydrogen, thus reducing the costs without compromising fuel cell performance. In this work, the effect of carbon monoxide is mitigated by combining different methods, including air bleed, varying the anode flow rate and using a state-of-the-art Pt-Ru catalyst at two operating temperatures. The tolerance was investigated by feeding a novel arrangement of segmented cells with hydrogen containing carbon monoxide less than 20 ppm. Anode exhaust gas was constantly analysed using a gas chromatograph. It was discovered that increasing the volumetric flow rate of hydrogen and especially utilising ruthenium in the catalyst enhance the carbon monoxide tolerance. When applying the air bleed, an oxygen/CO molar ratio of at least 117 was required to stop the poisoning with a platinum catalyst. Approximately a fifth of the air bleed needed with platinum was enough with Pt-Ru. The results also suggest that when applying air bleed at elevated temperatures, it is beneficial to lower the cell temperature for the duration of the air bleed.
  • Tähkä, Sari (2013)
    This Master's thesis deals with the use of block copolymers in capillary electromigration techniques (literature part) and both in material chemistry and capillary electrophoresis (experimental part). Amphiphilic block copolymers are an interesting research topic due to their specific molecular structure, which consists of at least two parts with different chemical natures. The great potential of block copolymers arises from their tunability of size, shape and composition. In recent years, numerous copolymer architectures have been developed and the demand to find new materials for biomolecule separations remains high. The literature part introduces rarely used coating materials, block copolymers, in capillary electromigration techniques. The two main electromigration techniques where block copolymers have been tested are capillary electrophoresis and capillary gel electrophoresis. Block copolymers have been attached to capillary inner surface permanently and dynamically. In capillary gel electrophoresis the micellization ability of block copolymers has been already well-known for many decades, and specific studies of copolymer phases have been published. In the experimental part of this M.Sc. thesis, double-hydrophilic poly(N-methyl-2-vinylpyridinium iodide- block –ethylene oxide) diblock copolymer was used in two very different applications to emphasize the potential of block copolymers in various fields. In both studies, the hydrophilicity of ethylene oxide block and polycationic nature of vinylpyridinium block were utilized. First poly(N-methyl-2-vinylpyridinium iodide- block –ethylene oxide) was used to mediate the self-assembly of ferritin protein cages. The aim of this research was to explore complexation of double-hydrophilic diblock copolymers with protein cages and to study the molecular morphology of the formed nanoparticle/copolymer assemblies. Complexation process was studied in aqueous solvent medium and formation of complexes was investigated with dynamic light scattering. Transmission electron microscopy and small-angle x-ray scattering technique were used to characterize the size and shape of the particles. In the second approach the double-hydrophilic block copolymer was used as capillary coating material in two different capillary electromigration techniques. The possibility to alter the electro-osmotic flow and to gain a new tool for biomolecule studies was explored. Our results indicated that poly(N-methyl-2-vinylpyridinium iodide- block- ethylene oxide) binds efficiently with oppositely charged objects and surfaces via electrostatic interactions, and the polyethylene oxide block gives good stability in aqueous medium. Nanoparticle co-assembly studies showed that the poly(N-methyl-2-vinylpyridinium iodide- block- ethylene oxide) complexes were approximately 200-400 nm in diameter. For capillary coating studies, the polymer suppressed electro-osmotic flow efficiently and showed good run-to-run stability with RSD values from 1.4 to 7.9 %. Coating was observed to be very stable at pH range from 4.5 to 8.5 with ultra-low mobilities. The results achieved prove the potential of double-hydrophilic block copolymers in different various fields in the future.
  • Kaipio, Mikko Ari Ilmari (2014)
    This master's thesis consists of two parts related to atomic layer deposition (ALD) processes: a literature survey of so-called ex situ in vacuo analysis methods used in investigations of the ALD chemistry and a summary of the work performed by the author using in situ methods. The first part of the thesis is divided into four sections. In the first two sections ALD as a thin film deposition method is introduced, and in situ and ex situ in vacuo publications related to ALD are summarized. The third section is a general overview of ex situ in vacuo analysis methods, and the final section a literature review covering publications where ex situ in vacuo techniques have been employed in studying ALD processes, with a strong emphasis on analysis methods which are based on the use of x-rays. The second part of the thesis consists of in situ quartz crystal microbalance and quadrupole mass spectrometry studies of the V(NEtMe)4/D2O, V(NEtMe)4/O3, Mg(thd)2/TiF4 and Cu2(CH3COO)4/D2O ALD processes. The experimental apparatus and related theory are given a brief overview, followed by a presentation and discussion of the results.
  • Zhu, Lin (2016)
    Hydrogels are promising biomaterials for tissue engineering. Concerning hydrogels chemical structures, the hydrogen bonding towards water makes them hydrophilic compounds. Hydrogels contain 95% ~ 99% water as the swelling agent and have the characteristics of extracellular matrix. Therefore, they are suitable for cell growth and appropriate for forming cell culture. Hydrogels can mimic the cell microenvironments and promote cell differentiation by interactions with cells. Cells can get oxygen, nutrients exchange as well as removal of metabolic waste to live. Hydrogels can be categorized into natural hydrogels, synthetic hydrogels and hybrid hydrogels by sources. Agarose, Collagen and Calcium alginate are the most popular natural hydrogels. Polyethylene (glycol) and its derivative Polyethylene (glycol) Diacrylate (PEGDA) are indispensable synthetic hydrogels. In this thesis, hydrogels are studied for their chemical structure, physical and mechanical properties and gel formation. Typical hydrogels, i.e. agarose, polyethylene (glycol) diacrylate (PEGDA), collagen and calcium alginate, are reviewed for their methodology of formation, mechanical properties and applications. Since hydrogel is a solid containing a given amount of water, it has viscoelasticity. Rheology test mechanism is described for viscoelastic materials. Micropatterning methods of hydrogels are investigated in variety of approaches. How the patterned surfaces affect cell behaviour is discussed in our literature review. From the experimental results, agarose and polyethylene (glycol) diacrylate are successfully fabricated and their micropatterned hydrogels show promising properties. In addition, impact of mechanical properties, such as water diffusion in hydrogels, how temperatures influence hydrogel structures and durability of the structures storage are investigated. Hydrogel viscoelasticities are measured by rheometer. Hydrogels are also tested in chips and cell wells for future cell growth study. Finally, this research has successfully fabricated the 3D micropatterned hydrogels for cell culture.
  • Varila, Toni (2015)
    Ligniinin ja sen johdannaisten erottaminen biomassasta on noussut biojalostamoissa tärkeään rooliin, kun biomateriaalien käyttöä pyritään tehostaman. Suurta mielenkiintoa näissä yhdisteissä herättää erityisesti se, että yhdisteet pystyvät toimimaan antioksidantteina eli estämään haitallisten happi- ja typpiradikaalien reaktioita elävissä organismeissa. Ligniini on luonnon toiseksi yleisin fenolinen polymeeri. Se koostuu hapettuneista fenyylipropeeni monomeereista, jotka linkittyvät erilaisiin aryylieettereihin. Lehtipuissa, kuten koivuissa, linkittyminen aryylieettereihin tapahtuu suurimmaksi osaksi β-O-4 sidoksella. Havupuissa, kuten kuusessa, tämä on vähäisempää. Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan aluksi biojalostamoita ja niiden toimintaa, jonka jälkeen tarkastellaan tarkemmin vapaiden radikaalien muodostumista organismien sisällä ja minkälaisia vaikutuksia niillä siellä on. Tämän lisäksi perehdytään solun sisäisiin antioksidantteihin, kuten superoksididismutaasiin, katalaasiin ja glutationiin ja siihen kuinka ne toimivat sekä kineettisiin antioksidantteihin eli kehoon ulkopuolelta tuleviin antioksidantteihin ja niiden toimintaan. Näihin kuuluvat biomassasta saatavat useat fenoliset yhdisteet, karotenoidit flavonoidit ja askorbiinihappo. Antioksidatiivisuuden mittaamiseen perehdytään katsauksen loppuosiossa. Antioksidatiivisuutta voidaan mitata DPPH (di(fenyyli)-(2,4,6-trinitrofenyyli)iminoatsanium) ja ABTS+ (2,2-atsinobis-(3-etyylibentsothiatsoliini-6-sulfonihappo)) radikaalien avulla sekä mm. ORAC- ja FRAP-menetelmillä. Tutkielman kokeellisessa osuudessa tutkittiin yhteensä 21 fenolisen yhdisteen ja kanelihapon antioksidatiivisuutta UV-Vis-spektorofotometrialla, käyttäen DPPH-radikaalia. Tämän lisäksi valmistettiin ligniinin polymeerirakenteessa esiintyvää dibentsodioksosiinia (DBDO) ja tutkittiin onnistuisiko DBDO:n linkitys koniferyylialkoholin kanssa entyysmikatalyyttisissä reaktio-olosuhteissa. Tulosten mukaan, linkittyminen näiden kahden välillä ei välttämättä tapahdu ollenkaan. Tarkempi analyysi saataisiin, jos näytteestä mitattaisiin sen massaspektri. Tällöin saataisiin enemmän informaatiota reaktiossa muodostuvasta tuotteista ja nähtäisiin millainen molekyylijakauma tuotteille tulisi. Antioksidatiivisuusmittauksissa selvisi, että tehokkaimmin vapaata radikaalia sieppasivat yhdisteet, joiden rakenteessa oli yksi tai useampi fenolinen hydroksyyliryhmä, konjugoituneita kaksoissidoksia tai syringyyliryhmä.
  • Taleva-Naakka, Sarjo (Helsingin yliopistoUniversity of HelsinkiHelsingfors universitet, 2007)
    Tässä kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin ensisijaisesti puuvartisten- ja ruohokasvien soluseinien fenyylipropanoidien ja ferulahappojen biosynteesiin ja kytkeytymisreaktioihin. Fenyylipropanoidireitti alkaa fenyylialaniinista ja johtaa monien prekursoreiden kuten lignaanien, flavonoidien, salisyylihappojen ja ligniiniprekursoreiden syntymiseen. Tutkielmassa keskityttiin ligniiniprekursoreiden muodostumiseen ja erityisesti sen biosynteesireitin välituotteen, ferulahapon hapetettuihin kytkeytymisreaktioihin kasvien soluseinillä. Fenyylipropanoiditutkimuksen lähtökohtana on jo vuosia ollut selvittää biosynteesireittejä ja menetelmiä, joiden avulla ligniini saadaan kasvin soluseinältä liukenemaan ja hiilihydraatti otettua talteen. Eräs tapa tunnistaa näitä hajoamistapahtumia on tutkia fenyylipropanoidien kytkentöjen muodostumista. Tässä pro gradu -tutkielmassa fenyylipropanoidireitin välituotteiden entsyymien säätelyä tarkasteltiin luonnonvaraisissa ja geneettisesti muunnelluissa kasveissa. Bieosynteesireitti selkeytyi paljon. Lisäksi siirtogeenisillä kasveilla havaittiin kokonaan uusia kytkentöjä ja rakenteita. Eräillä geeniyhdistelmillä voitiin lisätä tuntuvasti hiilihydraattimäärää samalla kun ligniinin kokonaismäärä väheni. Näin arveltiin voitavan kasvattaa biomassan määrää puukasveilla. Ferulahapot dehydrogenoituvat entsymaattisesti hapettavissa olosuhteissa fenoksiradikaaleiksi, jotka reagoivat edelleen muodostaen toisen radikaalimonomeerin tai -polymeerin kanssa kytkentöjä. Soluseinä tuottaa radikaalireaktioissa tarvitsemansa hapettimet ja entsyymit, vetyperoksidin ja peroksidaasin itse. Ferulahapon monomeerit ja dimeerit muodostavat esterisidoksia soluseinän hemiselluloosan kanssa. Näin syntyneet ferulaattidimeerit ja -trimeerit muodostivat ristikytkentöjä hiilihydraattien ja ligniinin välille sekä yhden tai useamman polysakkaridiketjun välille. Ferulahappojen katsottiin olevan lignifioitumisen aloituskohtia soluseinillä ja yhdistävän kaksi suurta polymeerista verkkorakennetta toisiinsa. Myös soluseinän hiilihydraattien koostumuksen havaittiin vaikuttavan muodostuvien kytkentöjen rakenteeseen. Lopuksi tarkasteltiin vielä ferulahapon antioksidatiivisia ominaisuuksia. Todettiin ligniinin ja ferulahapon määrän korreloivan soluseinän peroksidaasi- ja vetyperoksidimäärän kanssa. Kaveissa monet taudinaiheuttajat, vioittuneet kasvin osat sekä UV-säteily lisäsivät peroksidaasien tuotantoa ja edelleen ferulahappojen määrää. Fenoksiradikaalina ferulahappo kykeni eliminoimaan vetyperoksidin haitallisten happiradikaalien vaikutuksia pelkistämällä ne hapettuen itse radikaalisessa kytkeytymisreaktiossa. Tämä johti mielenkiintoisiin tulevaisuuden näkymiin ferulahaposta funktionaalisena elintarvikkeena, lääkeaineena sekä kosmeettisena valmisteena.
  • Tahvanainen, Ria (2016)
    Fotokatalyysi on yksi tutkituimpia aiheita monilla eri tieteenaloilla ja sen pääasiallinen käyttötarkoitus on nesteiden ja kaasujen puhdistus orgaanisista ja epäorgaanisista yhdisteistä. Ydinvoimateollisuudessa fotokatalyysiä käytetään yleensä putkistojen pintojen puhdistusmentelmien kompleksinmuodostajien hajottamisessa, jotta aktivoituneet korroosiotuotteet saadaan erotettua liuoksesta esim. kationinvaihtohartseilla. Yleisesti fotokatalyysitutkimuksissa keskitytään fotokatalyyttisiin ominaisuuksiin, mutta tässä pro gradu -työssä tutkittiin kahden fotokatalyytin Bi2WO6:n (BiWO) ja Bi2-xSbxWO6:n (SbBiWO) sorptiotehokkuutta koboltille. BiWO:n fotokatalyyttisiä ominaisuuksia on tutkittu paljon, mutta sitä ei ole vielä saatavilla kaupallisesti kuten fotokatalyytti TiO2. Toisin kuin TiO2, BiWO pystyy toimimaan fotokatalyyttinä UV-valon lisäksi näkyvässä valossa. BiWO:n sorptiotehokkuus koboltille on kiinnostava aihe, eikä siitä ole aiemmin julkaistu tutkimuksia. Koboltin sorptiota tutkittiin pH:n funktiona pimeässä tapahtuvissa sorptiokokeissa ja UV-reaktori sorptiokokeissa. Fotokatalyyttien toimivuutta testattiin lopuksi myös ydinvoimalaitosten jätevesillä. Kumpikin tutkituista fotokatalyyteistä osoitti hyviä sorptio-ominaisuuksia koboltille 0,01 M NaNO3-liuoksessa, kun pH >9 sekä hyviä fotokatalyyttisiä ominaisuuksia 40 µM EDTA- ja 10 mM oksalaattiliuoksissa. SbBiWO-kokeissa saavutettiin korkeammat Kd-arvot 57Co-merkkiaineelle kuin BiWO:lla. pH:lla oli erittäin suuri merkitys fotokatalyyttien toimivuuteen. Testattaessa fotokatalyyttien ominaisuuksia Loviisan ja erään ulkomaalaisen ydinvoimalaitoksen jätevedessä, tulokset olivat heikkoja. Sorptiota oli havaittavissa, mutta liuosten koboltista saatiin eroteltua vain alle 21 %. Fotokatalyyteistä tulisi jatkossa selvittää tarkemmin, onko niiden sorptiotehokkuus koboltille mahdollisesti jopa haitallista. Fotokatalyytti, jonka pintaan adsorboituu metalli-ioneja estäen sen fotokatalyyttiset ominaisuudet, ei sovellu osaksi ydinvoimalaitosten puhdistusjärjestelmää. Jos tulevissa tutkimuksissa pystytään osoittamaan, että BiWO ja SbBiWO ovat tehokkaita fotokatalyyttejä ja yli 90 % liuoksen koboltista saadaan erotettua, ne voisivat olla osa erittäin tehokasta ydinvoimalaitoksien jätevesien puhdistusjärjestelmää.
  • Johansson, Niklas Georg (2014)
    Azulen, bicyklo[5.3.0]dekapentaen, är ett fullständigt konjugerat kolväte, som förekommer i olika växter. Femringen i det mörkblåfärgade kolvätet är klart elektronrikare än sjuringen, vilket leder till att positionerna i azulen har olika reaktivitet. Utöver att funktionalisera kommersiellt tillgänglig azulen är det även möjligt att införa olika substituenter på fem- och/eller sjuringen i samband med ringslutningen till azulen. De tre huvudsakliga framställningsmetoderna baseras på lämpligt substituerade fulven-, cykloheptatrien- eller bensenderivat. I det här arbetet presenteras olika kända metoder för att ringsluta och funktionalisera grundstommen i azulen, vilka kan användas för att erhålla flersubstituerade azulenderivat. Målet med arbetet var att utveckla en syntesrutt för 1,2,6-trisubstituerade azulenderivat med potentiell tillämpning som peptidmimetika dvs. en liten molekyl som kan åstadkomma samma biologiska aktivitet som en viss peptid trots att molekylen saknar peptidstruktur. De funktionella grupperna som infördes i 1-, 2- och 6-positionen kan ersättas med nya substituenter, vilket gör det möjligt att erhålla flera olika prekursorer till målmolekylen. 1,6-Disubstituerade azulenderivat framställdes med hjälp av Rh-katalyserad ringslutning av 4- brom-4-(4-klorfenyl)-1-diazo-2-butanon, som erhållits från 4-klorbensaldehyd. Eftersom en del azulenderivat var instabila och funktionaliseringen av 2-positionen misslyckades, utvecklades en alternativ syntesrutt. I den nya rutten användes cyklopentadienylanjon och 4-metylpyridin, vilket gav 6-substituerade azulenderivat. Funktionaliseringen av 2-positionen i 6-metylazulen fungerade efter flera misslyckade ansatser. Den eftersträvade målmolekylen nåddes inte men olika 6-, 1,6-, 2,6-, 1,2,3-, 1,2,3,4-substituerade azulenprekursorer till den eftersträvade målmolekylen erhölls.
  • Karhu, Juho (2014)
    Optical parametric oscillators (OPO) are sources of coherent light, often used to produce laser like light in wavelength regions where ordinary laser operation is challenging. In terms of chemistry, most attractive such a region is in mid-infrared, where strong fundamental vibrational transitions occur. OPOs are based on nonlinear polarization, which some materials exhibit when radiated with strong coherent light and effectively allow transferring optical power from one wavelength region to another. Even a simple OPO setup can offer watt-level of continuous-wave power in mid-infrared. There are ongoing challenges with the stability of OPO output frequency and continuous tuning of the wavelength, both of which are important for a light source used in high-resolution molecular spectroscopy. Theory and literature part of this thesis first covers the fundamentals of the theory behind OPO, centering on a continuous-wave single resonant operation. Afterwards, we look into the more well-known features affecting the stability of the OPO, as well as some common schemes used to combat the instabilities. In the experimental part, we measure and attempt to characterize some features of instabilities we have previously noticed that are not readily explained by known instability sources. The OPO's output wavelength occasionally changes in discrete jumps known as mode hops. There appear to be some preferences to the magnitude of these jumps that do not seem to fit in the current understanding of OPO operation. We followed the frequency changes of a typical singly resonant continuous-wave OPO for longer time periods and offered some possible explanations for the observations. We utilize a few methods to increase the number of mode hops to produce meaningful statistical data.
  • Borg, Ina (2017)
    Kultakomplekseja on katalyysikemiassa perinteisesti käytetty aktivoimaan alkyynien, alleenien ja alkeenien π-sidoksia nukleofiilistä additiota varten. Kultakomplekseja, joissa on halogeeniligandeja, kutsutaan yleensä esikatalyyteiksi. Näistä voidaan muodostaa aktiivinen katalyytti luomalla kultaioniin vapaa koordinointipaikka vaihtamalla vahvasti koordinoiva halogeeni-anioni ei-koordinoivaan anioniin. Ligandeissa mahdollisesti esiintyvän funktionaalisen osan tarkoituksena on korvata vastaionien käyttö koordinoitumalla heikosti kultaan. Hypoteesin mukaan funktionaalinen ryhmä kykenisi spontaanisti irtautumaan kultaytimestä ja näin ollen luomaan vapaan koord inointipaikan katalysoitavalle substraatille. Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan alkuun organokultakompleksien toimintaa homogeenisessä katalyysissä sekä vastaionien merkitystä katalyyttiseen aktiivisuuteen. Tämän jälkeen tarkastellaan syvemmin funktionaalisten NHC-kultakompleksien ominaisuuksia, kuten niiden funktionaalisen osan kykyä koordinoitua kultaytimeen katalyyttien aktivoimiseksi. Samalla tarkastellaan myös missä reaktioissa ja minkälaisella menestyksellä funktionalisoituja NHC-kultakomplekseja on käytetty. Muutamassa tapauksessa kultakomplekseja onnistuttiin aktivoimaan NHC-ligandien funktionaalisuuden ansiosta. Kokeellisessa osuudessa syntetisoitiin ksyleeni- ja pyridiinipohjaisilla linkkereillä sekä suojatulla amiinifunktionaalisuudella varustettuja NHC-ligandeja. Vastaavien kulta(I)- ja kulta(III)- kompleksien katalyyttistä aktiivisuutta tutkittiin alkynyylifuraanin toisiintumisreaktiossa, terminaalisen alkynyylihapon ja propargyyliamidin syklisointireaktioissa sekä imiinisynteesissä. Valmistetut katalyytit osoittivat vaihtelevaa aktiivisuutta eri reaktioissa.