English issues
1/2016

Laser paljastaa veden epäpuhtaudet

Lasersäde voi löytää kymmenessä sekunnissa sen, minkä tutkiminen käsin laboratorionäytteistä kestää tunteja. TTY:llä tehty keksintö on tulevaisuuden ratkaisu veden epäpuhtauksien selvittämiseen teollisuudessa ja vaikkapa vedenpuhdistamoissa.

Juha Toivonen ja Samu Järvinen

 

Juha Toivonen ja Samu Järvinen uskovat vahvasti, että kehitetty menetelmä saadaan teollisuuen käyttöön muutamassa vuodessa.

 

Lukuisat teollisuudenalat käyttävät prosesseissaan vettä. Jotta kaikki toimisi kuten pitää ja päästövedet olisivat puhtaita, on tärkeää saada selville vesien epäpuhtaudet mahdollisimman tarkasti. Tällä hetkellä tarkemmat mittaukset tehdään näytteistä käsin laboratorioissa, joten teollisuudella olisi tarvetta paremmille ja nopeammille menetelmille.

– Veden epäpuhtauksien tutkiminen laserilla on hanke, joka lähti liikkeelle tarvepohjaisesti, kaivosteollisuuden aloitteesta, TTY:n fysiikan laitoksella sovelletun optiikan tutkimusryhmää johtava Associate Professor Juha Toivonen kertoo.

Nyt kehitetty menetelmä syntyi fysiikan laitoksen tohtorikoulutettavan Samu Järvisen tänä keväänä tarkistettavassa väitöskirjatyössä Toivosen ohjauksessa. Menetelmässä mittalaitteeseen otetaan näytteeksi pienen pieni vesipisara, jota leijutetaan sähkökentässä. Pisaran kuivuessa epäpuhtauksien suhteelliset pitoisuudet nousevat ja niiden mittaaminen on helpompaa. Laser hajottaa epäpuhtaudet atomeiksi ja mittaa määrät.

– Lasermittauksessa yhdistyy optiikka ja aerosolitieteet. Optiikan tutkijalle mielenkiintoisinta oli laserilla atomisointi. Haastavinta oli pisaran leijutusteknologian oppiminen. Sitä käytiin opettelemassa Bristolin yliopistossa, Samu Järvinen sanoo.

Tarkempi tieto, nopeampi reagointi

Tarkkaa tietoa veden epäpuhtauksista tarvitaan monella suunnalla.

– Kaivosteollisuus, metalliteollisuus, paperiteollisuus, kemianteollisuus. Öljynjalostus, ympäristönvalvonta, vesilaitokset, Järvinen listaa.

Teollisuuden vesistä voidaan mitata automaattisemmin toissijaisia asioita, kuten sameutta, johtavuutta ja pH:ta, mutta tarkemmat tulokset epäpuhtauksista on saatu laboratorionäytteistä. Prosessien säätäminen on siten ollut hidasta.

Sovelletun optiikan tutkimusryhmän tutkimuskohteita

  • Laserpohjaiset kaasujen pitoisuusmittaukset ja niiden sovellukset polttotekniikassa
  • Veden epäpuhtauksien alkuainemääritys
  • Ionisoivan säteilyn optinen havainnointi ja kuvantaminen
  • Lasertutka eli LIDAR-menetelmät
  • Fluoresoivien nanoklusterien soveltaminen polymeerikalvoissa
 

Samu Järvisen mittausmenetelmä voisi korvata laboratoriokokeet ainakin suurelta osin.

– Näytteitä saatetaan nykyisin ottaa 1-2 päivässä ja tulokset valmistuvat ehkä vasta seuraavana päivänä. Jos käytössä olisi myös lasermittaus, käsin tutkittavia näytteitä tarvittaisiin paljon harvemmin, ehkä kerran pari viikossa. Laite hoitaisi välimittaukset – kymmenen sekunnin välein kellon ympäri, Toivonen kertoo.

Esimerkiksi vedenpuhdistamoissa käytetään nyt fosforin poistoon tarkoitettua sulfaattiliuosta keskimääräisen mittauksen pohjalta niin, että voidaan olla varmoja veden puhdistumisesta.

– Tarkempi tieto veden pitoisuuksista mahdollistaa kuitenkin nopeamman ja tarkemman reagoinnin, Toivonen sanoo.

– Kaikkialla maailmassa ei olla yhtä onnekkaita puhtaan juomaveden suhteen kuin Suomessa. Siellä laitetta voitaisiin käyttää varoitusjärjestelmänä veden vaarallisten epäpuhtauksien varalta. Sovelluksia on monia, emme vielä edes tiedä kaikkia mahdollisuuksia, Järvinen pohtii.

Kohti kaupallisia markkinoita

Samu Järvinen selvitteli ideansa potentiaalia syksyllä päättyneessä kaupallistamishankkeessa, jonka aikana käytiin yli 20 yrityksen juttusilla. Kiinnostusta löytyi. Tutkijat ovat luottavaisia sen suhteen, että kehitetystä menetelmästä saadaan toimiva kaupallinen tuote.

–Tässä käytetyt menetelmät, kuten pisaran leijutus ja alkuainepitoisuuksien mittaus, ovat jo muissa yhteyksissä koeteltuja ja toimiviksi todettuja. Alkuainepitoisuuksia mittaava laser on käytössä esimerkiksi Mars-mönkijässä. Nyt on siis yhdistetty pari tuttua juttua uudella tavalla. Vielä on kuitenkin matkaa kaupalliseen tuotteeseen, Juha Toivonen arvioi.

Yksi patenttihakemus on jo jätetty. Tavoitteena olisi saada keksintö markkinoille muutamassa vuodessa.

–Ensin hoidetaan kevään väittelykiireet pois alta ja sitten lähdetään start up -rahoittajien juttusille, Samu Järvinen sanoo.

Teksti ja kuva: Sanna Schildt

 
Kerro kaverille
Valo tuottaa liikettä
Valo tuottaa liikettä
1/2016
1/2016
Valo tuottaa liikettä
Valoa strategiaan
Valoa strategiaan
1/2016
1/2016
Valoa strategiaan
Ei ihan gravitaatioaaltoja, mutta valon nopeutta kumminkin
Ei ihan gravitaatioaaltoja, mutta valon nopeutta kumminkin
1/2016
1/2016
Ei ihan gravitaatioaaltoja, mutta valon nopeutta kumminkin
Ennätyslasereita uusille aallonpituuksille
Ennätyslasereita uusille aallonpituuksille
1/2016
1/2016
Ennätyslasereita uusille aallonpituuksille
Euroopan tiede- ja taideakatemia kutsuu
Euroopan tiede- ja taideakatemia kutsuu
1/2016
1/2016
Euroopan tiede- ja taideakatemia kutsuu
Tunneäly yhdistää ihmiset, tekniikan ja talouden
Tunneäly yhdistää ihmiset, tekniikan ja talouden
1/2016
1/2016
Tunneäly yhdistää ihmiset, tekniikan ja talouden
Anna aihe kandityöhön
Anna aihe kandityöhön
1/2016
1/2016
Anna aihe kandityöhön
Lasten akatemiassa opitaan roboteista
Lasten akatemiassa opitaan roboteista
1/2016
1/2016
Lasten akatemiassa opitaan roboteista
Uudet professorit esittäytyivät TTY-viikolla
Uudet professorit esittäytyivät TTY-viikolla
1/2016
1/2016
Uudet professorit esittäytyivät TTY-viikolla

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi