Väitös signaalinkäsittelyn ja data-analytiikan alalta, M.Sc.(Tech.) Sudatta Das

Väitöskirjan nimi: Exploring spectroscopic methods for environmental monitoring

Väittelijä: Sudatta Das
Vastaväittäjät: Prof. Carla Vogt, Technical University Bergakademie Freiberg, Saksa
Kustos: Prof. Erkki Ikonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos

Ympäristömme kuormittuu yhä enemmän saasteista – osa saasteista on näkyvää, mutta suurin osa on näkymätöntä. Haitallisimpia näistä ovat hivenmetallit ja mikromuovit. Vaikka niitä esiintyy hyvin pieninä määrinä monimutkaisissa yhdisteissä, ne aiheuttavat vakavia riskejä ekosysteemeille ja ihmisten terveydelle.

Hivenmetalleja pääsee vesistöihin teollisuuden päästöistä, kaivostoiminnasta ja huonosta jätehuollosta. Vaikka pitoisuudet olisivat pieniä, ne voivat kertyä eliöihin ja aiheuttaa kroonisia myrkytyksiä. Niiden valvonta ei ole vain tieteellinen vaan myös lainsäädännöllinen velvoite.

Mikromuovit (alle 5 mm muovihiukkaset) ovat peräisin esimerkiksi kosmetiikasta, tekstiileistä, pakkauksista ja hajoavasta muovijätteestä. Niitä löytyy vedestä, maaperästä ja ilmasta. Toisin kuin perinteiset saasteet, mikromuovit eivät hajoa helposti ja voivat kuljettaa muita haitallisia aineita.

Näiden epäpuhtauksien havaitseminen vaatii tarkkuuden lisäksi myös saavutettavuutta, edullisuutta ja reaaliaikaista seurantaa. Perinteiset menetelmät, kuten ICP-MS (metalleille) ja FTIR (muoveille), ovat tarkkoja mutta kalliita, hitaita ja laboratorioon sidottuja.

Tutkimukseni vastaa tähän laboratoriomenetelmien ja käytännön sovellusten väliseen kuiluun. Väitöskirja koostuu kahdesta osasta:

Osa I: Mikroplasmaan perustuva hivenmetallianalysaattori

Tutkin mikroplasmaspektroskopiaa siirrettävänä ja reaaliaikaisena vaihtoehtona metallien tunnistamiseen. Tärkeimpiä etuja ovat herkkyys, vakaus, kannettavuus ja nopeus. Tulokset osoittavat, että tämä järjestelmä on luotettava työkalu nopeaan arviointiin, tukien päätöksentekoa ympäristön valvonnassa ja teollisuuden turvallisuudessa.

Osa II: Mikromuovien fotoakustinen tunnistus

Tässä osassa tutkin fotoakustista spektroskopiaa (PAS) rikkomattomana menetelmänä mikromuovien tunnistamiseen simuloiduissa ympäristöolosuhteissa. PAS perustuu äänen syntymiseen valon absorboituessa näytteeseen. Analysoin eri polymeerityyppejä ja vertasin PAS:n tuloksia FTIR-menetelmän kanssa.

Merkitys
Väitöskirjani edistää käytännön ympäristöanalytiikkaa seuraavasti:

• Kannettava analysaattori hivenmetallien mittaamiselle
• Perustutkimus PAS-tekniikasta mikromuoveille
• Menetelmien validointi tieteelliseen ja viranomaiskäyttöön

Uutuusarvo piilee siinä, että kehittyneistä mittausmenetelmistä tehdään käytännöllisiä ja skaalautuvia, joten saadaan yhdistettyä laboratoriotutkimus kenttäkäyttöön.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc