LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratoriotiimi pääsi strategian mukaisesti kansainvälistymään ja keräämään uusia käyttökokemuksia laboratoriolaitteistosta ollessaan tutkijavaihdossa Wienin teknillisen yliopiston kiertotalouslaboratoriossa. Muun muassa metsäteollisuuden sivuvirroista tehtiin Wienissä mielenkiintoisia analyyseja, joiden tulokset täydensivät Suomessa saatuja analyysituloksia.

Kirjoittaja: Raisa Pajarinen

LAB-ammattikorkeakoulun hallinnoiman 5R REFINERY -yhteishankkeen tavoitteena on konseptoida sivu- ja jätevirtojen tehokas hyödyntäminen, jolloin voidaan luoda uusia liiketoimintamahdollisuuksia kansallisten ympäristö- ja kiertotaloustavoitteiden mukaisesti. Tarkastelussa ovat muun muassa metsäteollisuuden sivu- ja jätevirrat sekä yhdyskuntien jätevesilietteet. (LAB University of Applied Sciences 2024.) Hankkeen myötä LAB-ammattikorkeakoulun henkilöstöllä oli mahdollisuus lähteä tutkijavaihtoon Wienin teknilliseen yliopistoon Itävaltaan. Viikon mittaisella matkalla mukana oli TKI-henkilöstön lisäksi kiertotalous- ja analyysilaboratorion henkilökunnan jäseniä, jotka saivat mahdollisuuden työskennellä paikallisessa kiertotalouslaboratoriossa yhteistyössä yliopiston henkilökunnan kanssa.

Tutkijavaihdon laboratorio-osuutta ajatellen Lahdesta otettiin mukaan erilaisia näytteitä niiden esikäsittelyä eli pienempään partikkelikokoon saattamista sekä muutamia analyyseja varten. Matkalaukussa matkusti muun muassa primäärilietettä, nollakuitua, pohjatuhkaa ja lentotuhkaa. Wienissä haettiin käyttökokemuksia näytteiden jauhamisesta erilaisilla myllyillä sekä käytettiin analysaattoreita, joita ei omasta kiertotalouslaboratoriosta löydy. Näytteitä jätettiin myös pieniä määriä Wieniin paikallisen henkilökunnan analysoitavaksi, koska mielenkiinnon kohteena ollut CHNS- eli alkuaineanalysaattori oli vierailun aikaan huoltotoimenpiteiden alaisena.

Käyttökokemuksia XRF-, Hg- ja ICP-OES-analysaattoreista

Vierailun aikana päästiin vertailemaan erimerkkisten XRF- eli röntgenfluoresenssianalysaattoreiden käyttökokemuksia, sillä Wienissä käytettiin kuvassa 1 näkyvää Thermo Scientificin Niton XL3t GOLDD+ -analysaattoria (Thermo Fisher Scientific Inc 2024) ja Lahden kampuksella käytössä on ollut kuvassa 2 näkyvä Hitachin X-MET8000-analysaattori (Finfocus Instruments Oy 2024). Wienin teknillisen yliopiston kiertotalouslaboratoriossa XRF-analysaattoria käytettiin lähinnä esikartoitukseen, jolla saatiin suuntaa antavia tuloksia esimerkiksi elohopea-analysaattorin parametrien määrittämiseksi. Näytteistä tehtiin sen vuoksi esimerkiksi vain yksi mittaus eikä kymmentä rinnakkaista mittausta, kuten raskasmetallien pitoisuuksia tarkemmin määritettäessä on ollut tapana. Elohopean määrä kaikissa mitatuissa näytteissä oli alle XRF-analysaattorin Geo-menetelmän havaitsemisrajan, joten elohopeapitoisuus ei vaikuttanut ratkaisevasti jatkoanalyyseihin.

Harmaan säteilysuojatelineen alle on kiinnitetty analysaattori, jossa on kahva ja näyttö.

Kuva 1. Niton XL3t GOLDD+ säteilysuojaan kiinnitettynä (Kuva: Raisa Pajarinen)

Oranssin säteilysuojan alle on kiinnitetty analysaattori, jossa on kahva, mutta näyttö ei näy tästä kulmasta. Säteilysuojassa on yksi näytekuppi.

Kuva 2. X-MET-8000 säteilysuojaan kiinnitettynä (Kuva: Raisa Pajarinen)

Hg-analysaattoria (Kuva 3) ei LAB-ammattikorkeakoululla ole, mutta Wienin teknillisen yliopiston MA-3000-analysaattorin yksinkertainen käyttöliittymä, automatiikka, asiantunteva opastus ja valmiiksi luodut menetelmät mahdollistivat laitteen nopean käyttöönoton. MA-3000-analysaattori mahdollistaisi elohopean kokonaismäärän mittaamisen sekä kiinteistä, nestemäisistä että kaasumaisista näytteistä (Nippon Instruments Corporation 2023), mutta tällä kertaa näytteinä oli vain kiinteitä materiaaleja.

Kutakin näytettä punnittiin analyysia varten määrä, jonka paikallinen kemisti määritteli XRF-analysaattorilla saadun alkutiedon perusteella olevan mittauksen kannalta korrekti. Näytteet punnittiin näyteastioihin, jotka asetettiin 10-paikkaiseen telineeseen (Kuva 4). Täysi teline asetettiin omalle hyllylleen Hg-analysaattoriin, joka huolehti näyteastioiden ajamisesta prosessin läpi automaattisesti, kun näytteiden nimet, tarkat painot ja kullekin materiaalille soveltuvat menetelmät oli syötetty ohjelmaan. Primäärilietteen elohopeapitoisuudeksi MA-3000-analysaattorilla saatiin 28,5 µg/kg kuiva-ainetta, nollakuidun pitoisuudeksi 105 µg/kg kuiva-ainetta, lentotuhkan pitoisuudeksi 69,5 µg/kg kuiva-ainetta ja pohjatuhkan pitoisuudeksi 2 µg/kg kuiva-ainetta.

Neliskanttinen analysaattori on pöydällä ja väriltään harmaa ja sininen. Laitteen yläreunassa lukee NIC MA-3000 Mercury analyzer. Laitteen oikeassa reunassa on ikkuna, josta näkyvät hyllyillä olevat näytetelineet.

Kuva 3. Hg-analysaattori (Kuva: Raisa Pajarinen)

Pöydällä on teline, jossa on kymmenen paikkaa valkoisille näyteastioille. Vasemmassa reunassa on kolme astiaa, joissa on jo näytettä, neljännellä paikalla ei ole astiaa ja kuusi astiaa oikealla ovat tyhjiä.

Kuva 4. Hg-analysaattorin näyteastiat telineessä. Neljäs astia vasemmalta on parhaillaan punnittavana (Kuva: Raisa Pajarinen)

Wienissä analysoitiin näytteitä myös PerkinElmerin Optima 8300 ICP-OES-analysaattorilla (Kuva 5), jonka toimintaperiaatteen pääpiirteittäin paikallinen kemisti avasi vierailuryhmälle suullisesti. Kyseiseen ICP-OES-analysaattoriin (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectroscopy) on kehitetty SCD-ilmaisintekniikka (Segmented-array Charge-coupled Device) plasmaemissiospektroskopiaa varten (PerkinElmer 2002–2011). Analyysien valmistelu aloitettiin jo edellisenä päivänä mikroaaltoavusteisella märkähajotusmenetelmällä (Kuva 6). Analyyseja varten valmistettiin myös standardiliuokset sekä laimennettiin näytteet 10- ja 100-kertaisiksi. Laimennokset tehtiin käyttämällä automaattista laimentajaa (Kuva 7). Analysaattorin operoiminen oli alkuvalmistelujen ja -opastuksen jälkeen kohtuullisen sujuvaa.

Laboratorion pöydällä on kookas laite lisäosineen.

Kuva 5. ICP-OES-analysaattori (Kuva: Raisa Pajarinen)

Uunin näköisessä laitteessa on pyöreä, useista osista koostuva näyteteline. Uunissa on valo.

Kuva 6. Mikroaaltoavusteinen näytteenkäsittelylaite (Kuva: Raisa Pajarinen)

Pöydällä on automaattinen laimentaja, joka koostuu moottoriyksiköstä, vesipullosta ja annostelijakärjestä, joka on yhdistetty letkuilla yksikköön.

Kuva 7. Automaattinen laimentaja (Kuva: Raisa Pajarinen)

Lähteet

Finfocus Instruments Oy. 2024. X-MET8000 XRF-alkuaineanalysaattori. Viitattu 7.6.2024. Saatavissa https://finfocus.fi/tuote/x-met8000-expertxrf-analysaattori

LAB University of Applied Sciences. 2024. 5R REFINERY. Viitattu 7.6.2024. Saatavissa https://www.lab.fi/fi/projekti/5r-refinery

Nippon Instruments Corporation. 2023. MA-3000 Direct Mercury Analyzer. Viitattu 10.6.2024. Saatavissa https://www.hg-nic.com/ma-series/ma-3000/

PerkinElmer. 2002–2011. Optima 8300 ICP-OES Optical System and SCD Detector. Viitattu 10.6.2024. Saatavissa https://resources.perkinelmer.com/lab-solutions/resources/docs/tch_optima_8300_optical_sys_scd.pdf

Thermo Fisher Scientific Inc. 2024. Niton™ XL3t GOLDD+ XRF Analyzer. Viitattu 7.6.2024. Saatavissa https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/XL3TGOLDDPLUS

Kirjoittaja

Raisa Pajarinen työskentelee kehitysinsinöörinä LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratoriossa.

Artikkelikuva: Sanna Henttonen

Viittausohje

Pajarinen, R. 2024. Wienin teknillisen yliopiston ja LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratoriot sivu- ja jätevirtoja tutkimassa. LAB Pro. Viitattu pvm. Saatavissa https://www.labopen.fi/lab-pro/wienin-teknillisen-yliopiston-ja-lab-ammattikorkeakoulun-kiertotalouslaboratoriot-sivu-ja-jatevirtoja-tutkimassa/