Keski-Suomen Kemistiseuran Kemiaa kaikille-verkkoluento 2.3.2021

Luennon otsikko on ”Lääkeaineiden kuljetus, kohdentaminen ja annostelu kantajamolekyylien avulla” ja puhujana Yliopistonlehtori, dos. Elina Sievänen Jyväskylän yliopiston kemian laitokselta. Esityksessä kuullaan lääkeaineiden kohdentamisesta kehossa ja muun muassa sappihappojen ja niiden johdannaisten toiminnasta potentiaalisina kantajamolekyyleinä. Luento pidetään Zoomin kautta 2.3. klo 17-18.

Linkki lähetetään etukäteen ilmoittautuneille. Ilmoittaudu tästä.

ChemBio Finland siirtyy vuoteen 2022, tämän vuoden huhtikuussa järjestetään virtuaalitapahtuma

ChemBio Finland -tapahtuma ja Kemian Päivät 2021 siirtyvät vuodella eteenpäin kevääseen 2022. Päätös johtuu pandemiatilanteen aiheuttamasta epävarmuudesta ja matkustusrajoituksista. Tänä keväänä järjestetään kuitenkin virtuaalinen ennakkotapahtuma ChemBio 2021, jonka ajankohta on keskiviikko 28.4.2021.

Lue Messukeskuksen tiedote

Tervaa tieteellisesti

Sen lisäksi, että tervaa valmistettiin talonpoikaisin menetelmin massatuotantona, tervasta tuli Suomessa 1800-luvun puolivälissä tieteellisen tutkimuksen kohde, koska maasta ei löytynyt pieniä rauta- ja kuparikaivoksia lukuun ottamatta muita kuin maatalouden ja metsän tuottamia raaka-aineita. Puun kemiallisia ominaisuuksia tutkimalla etsittiin mahdollisuuksia uusien teollisuuden haarojen perustamiseksi esimerkiksi valmistamalla pikeä, tervaa, tärpättiä ja puuta hiiltämällä muodostuvia kaasuja.

 

 

Tervatuotteita on käytetty voitelu- ja polttoaineina jo esihistorialliselta ajalta lähtien

 

Ajatus puun kemiallisen rakenteen tutkimiseksi tuli Keski-Euroopasta, jossa 1800-luvun alussa orgaanisen kemian tutkimus oli löytämässä aivan uusia menetelmiä. Orgaanisen kemian kehitys perustui suurelta osin 1700-luvun lopulla muodostuneen hiiltoteollisuuden tarpeeseen nostaa tuotannon tasoa. Keski-Euroopan kaupungeissa oli tähän aikaan jo ongelmia ilman saasteiden kanssa, ja puun polttaminen kiellettiin usein kokonaan. Kaupunkien energiantarve tyydytettiin puu- tai kivihiilen avulla. Suurkaupunkien ympärille rakennettiin hiiltämöitä, joiden sivutuotteena syntyvät nestemäiset aineet joutuivat kemistien mielenkiinnon kohteeksi. Samalla tavoin tutkittiin kivihiilen kuivatislausta.

Tervatuotteita on käytetty voitelu- ja polttoaineina jo esihistorialliselta ajalta lähtien. Asiaan tieteellisin menetelmin perehtyvät kemistit oppivat pian erottamaan tervatuotteista eri tarkoituksiin paremmin sopivia ainesosia.

Tervatuotteiden valmistuksen ja niiden kemian tutkimus liittyi erityisesti Helsingin Teknillisen reaalikoulun ja tämän seuraajien, Polyteknillisen koulun, Polyteknillisen Opiston ja Teknillisen korkeakoulun, sekä Evon metsäkoulun toimintaan.  Helsingin Teknillisen reaalikoulun opetusohjelmaan kuului sen toiminnan alusta 1849 lähtien teknillisen kemian opetus. Koulun ensimmäinen johtaja Anders Olivier Saelan oli kemisti.

Oppilaitoksessa seurattiin tarkkaan terpeenikemian ja alan tuotantolaitosten kehitystä. Koulun opettajakuntaan kuulunut ja sen pitkäaikainen johtaja Ernst Edvard Qvist työskenteli nuorena Kangasniemellä tervatehtaassa, ja piti myöhemmin omaa tervatehdasta Turengissa. Evon metsäopiston lähettyvillä toimi Savijärven tervatehdas, jossa oppilaitoksen johtaja Aleksander af Forselles teki kokeita tervatuotteiden jalostusasteen kohottamiseksi.

Qvist ja hänen oppilaansa, myöhemmin Polyteknillisen Opiston kemian professori Henrik Alfred Wahlforss julkaisivat 1865 tiedonannon tervan öljymäisen osan, reteenin esiintymisestä Turengin tervatehtaalta saadussa tervassa. Tätä voidaan pitää ensimmäisenä kotimaisena teknillistieteellisenä julkaisuna. Wahlforss laati kysymyksestä väitöskirjan Aleksanterin yliopistossa kolme vuotta myöhemmin.

kuva Kuortaneen Lions-clubin tervahaudalta v. 2016. Kuvaaja Antti Rissa.

 

Yksi orgaanisen kemian suurimmista käännekohdista

 

1800-luvun lopulla orgaanisiin raaka-aineisiin perustuva terpeenikemia eli huippukauttaan Suomessa. Alan perustutkimus eteni niin pitkälle, että Polyteknillisen Opiston ja Teknillisen korkeakoulun professori Gustaf Komppa onnistui vuonna 1903 syntetisoimaan kamferin. Tapausta pidetään orgaanisen kemian eräänä suurimmista käännekohdista koko maailmassa.

1800-luvun loppupuolella tervatuotteiden tutkimus keskittyi tärpätin jalostamiseen lamppuöljyksi. 1880-luvun kuluessa mineraaliöljypohjainen lamppuöljy oli mullistanut valaistustekniikan ja tärpätistä yritettiin etsiä tuontipolttoaineelle kotimaista vastinetta. Teknillisen korkeakoulun tutkija Sulo Viljo Hintikka kehitti tärpätistä laajamittaisen tuotantoon sopivan muunnelman vuonna 1918, mutta ensimmäisen maailmansodan päättymisen jälkeen avautunut maailmankauppa muutti markkinatilannetta siten, ettei kotimainen tuote ollut enää kilpailukykyinen.

1900-luvun alussa tervaa ja tärpättiä käytettiin Pohjois-Euroopassa yleisesti hidaskäyntisten teollisuuden voimakoneiden polttoaineena. 1920-luvun kuluessa mineraaliöljypohjaiset tuotteet kuitenkin valtasivat tältäkin osin markkinat. Todennäköisesti viimeinen kokeilu lamppuöljyn valmistamiseksi 1800-luvun retorttitekniikkaa käyttäen tehtiin Hyrynsalmen Löytöjoella 1920-luvulla.

 

Turveterva valittiin korkeaoktaanisen polttoaineen pääasialliseksi raaka-aineeksi

 

Kysymys kotimaisesta moottoripolttoaineesta otettiin kuitenkin uudelleen esille 1920-luvun lopulla, jolloin suurvallat alkoivat varustautua tulevaan suursotaan. Sekä Ruotsissa että Suomessa aloitettiin valtion tukemat projektit kotimaisen moottoripolttoaineen jalostamiseksi erityisesti lentokoneenmoottoreita varten. Gustaf Komppa kykeni jo 1920-luvun lopulla valmistamaan korkeaoktaanista polttoainetta orgaanisista raaka-aineista. Pääasialliseksi raaka-aineeksi valittiin turveterva, koska 1930-luvulla epäiltiin puuraaka-aineen riittävyyttä.

Toisen maailmansodan aikana kotimaista bensiiniä ei tarvittu. Sen sijaan Keskuslaboratorion ja Teknillisen korkeakoulun tervatuotteiden tutkimuksia käytettiin hyväksi rakennettaessa maan voiteluainehuollon järjestelmää. Käytännössä vuosina 1942–1947 sekä Suomen että Ruotsin teollisuus ja liikenne pyörivät mäntytervasta valmistetulla voiteluaineilla. Suomessa toimi lähinnä Keski- ja Pohjois-Suomen alueella kymmenkunta suurta tervatehdasta, joiden tuotteet jalostettiin voiteluöljyksi useassa tervaöljytehtaassa. Vuoden 1945 aikana raaka-aineen riittävyys nousi toden teolla ongelmaksi.

Tervaöljyjen valmistaminen oli toisen maailmansodan jälkeisenä aikana kansantaloudellisesti kannattamatonta, joten tuotannosta luovuttiin niin pian kuin mineraaliöljypohjaisia tuotteita vain oli saatavilla.

Kirjoittaja: Panu Nykänen

 

Jyrki Vähätalolla on kiinnostava mutta kemistille harvinainen työ meriliikenteen parissa

Radiokemiassa tohtoriksi väitellyt Jyrki Vähätalo toimii erityisasiantuntijana Liikenne- ja viestintävirastossa Traficomissa. Hän edistää merellä liikkuvien irtolastien ja konttiliikenteen turvallisuutta kehittämällä kansallista ja kansainvälistä sääntelyä. Lääketieteestä kiinnostunut Vähätalo kehitti väitöstyössään boorineutronikaappausmenetelmää, jota käytettiin pään alueen syövän hoidossa.  

Erityisasiantuntijana Traficomissa Jyrki Vähätalo on paneutunut myös konttiliikenteen turvallisuuteen. Kuva Anu Häkkinen.

Vähätalosta tuli kemisti sattumalta

 

Jyrki Vähätalon vastuualueeseen kuuluvat kemikaalisäiliöaluskuljetukset ja kiinteät irtolastit mutta välistä hän ottaa kantaa myös pakattujen vaarallisten aineiden kuljetuksiin. Kemistin koulutusta tarvitaan sääntelytyössä, koska merialueilla liikkuu runsaasti kemikaaleja. Ulkomaankaupastamme neljä viidesosaa kulkee meritse, ja vuonna 2017 tehdyn selvityksen mukaan vaarallisia aineita liikkui merta pitkin maahamme tai maastamme yhteensä 42,5 miljoonaa tonnia. Tästä yli kaksi kolmasosaa oli raakaöljyä tai sen fossiilisia öljytuotteita.

”Työni edellyttää kemian, fysiikan ja toksikologian peruskäsitteiden tuntemista. Päämääränä on tehdä kansainvälisistä säännöistä sellaisia, että merikuljetukset ovat kustannustehokkaita ja samalla turvallisia sekä ihmisille että ympäristölle”, Jyrki Vähätalo kertoo.

Vähätalosta tuli kemisti sattumalta, kun hän ei päässyt lukion jälkeen opiskelemaan ykkösvaihtoehtoonsa lääketieteelliseen mutta ovi kemian opintoihin avautui. Hän valitsi Helsingin yliopistossa pääaineekseen radiokemian, joka osoittautuikin varsin hyväksi valinnaksi lääketieteestä kiinnostuneelle opiskelijalle.

”Keväällä 1990 nuklidianalytiikan harjoitustöiden kahvitauolla assistentti tuli kertomaan, että minulle olisi tarjolla Otaniemessä kesätyöpaikka lääketieteen radioisotooppien parissa”.

Hän aloitti kesätyöt VTT Technology Meditech -ryhmässä, perehtyi radioisotooppien valmistukseen ja pääsi soveltamaan osaamistaan lääketiedettä hyödyntävässä hankkeessa.

”Aloitimme työt varhain kukonlaulun aikaan ja valmistimme Helsingin sairaaloiden tilaamia teknetiumvalmisliuoksia. Tutuksi tulivat myös kilpirauhasen liikatoiminnan ja syövän hoidossa käytetyn radiojodin ominaisuudet ja prosessointi”, Vähätalo muistelee.

Keväällä 1994 hän sai valmiiksi reniumradiolääkkeitä käsittelevän pro gradu -tutkielmansa ja valmistui filosofian kandidaatiksi. Samoihin aikoihin haettiin valmistumisvaiheessa olevaa fyysikkoa tai radiokemistiä määräaikaiseen puolipäivätyöhön tutkimusreaktorille Otaniemeen. Vähätalo sai työn jo tutuksi tulleesta Otaniemestä ja pääsi jälleen soveltamaan radiokemiaa lääketieteellisiin sovelluksiin. Nyt tehtävänä oli tutkimus, jolla valmisteltiin boori-neutronikaappausmenetelmän käyttöä aivokasvainpotilaiden kliiniseen hoitoon.

”Menetelmässä kaksi toisistaan riippumatonta komponenttia yhdistetään, ja niiden yhteisvaikutuksesta syntyy tehokas täsmäsäteily, joka voidaan kohdistaa tarkasti syöpäsoluihin. Toinen komponenteista on neutronisäteily ja toinen boori-isotooppia sisältävä syöpäsoluihin hakeutuva lääkeaine. Kun lääke on kertynyt potilaan syöpäkudokseen, kasvainalueeseen kohdistetaan ulkoinen neutronisuihku. Tuloksena on boori–neutronikaappaus, pienoisydinräjähdys, joka tuhoaa booriatomin sisältämät syöpäsolut”.

Potilastöissä käytettiin biologisesti aktiivista aminohappoa, L-BPA:ta eli 4-dihydroksiboryylifenyylialaniinia. Radioleimatun BPA:n avulla tutkittiin lääketieteellisillä kuvantamismenetelmillä, kertyykö L-BPA syöpäsoluihin. Ainetta tuotettiin yhteistyössä tšekkiläisen laboratorion kanssa.

”Sain apurahan radiofluorileimaustutkimukseen, ja kun tulokset olivat hyviä, säännölliset potilastutkimukset radioleimatulla L-BPA:lla voitiin aloittaa. Ensimmäiseen kliiniseen tutkimukseen valituille aivokasvainpotilaille annettiin ennen leikkausta L-BPA:ta. Sen jälkeen heistä otettiin verinäytteet ja leikkauksen aikana myös aivokasvainkudosnäytteet, joista määritimme booripitoisuudet”.
Vuonna 2004 Vähätalo väitteli radiokemian alalta tohtoriksi. Väitöstutkimuksen aiheena oli ”4-dihydroksiboryylifenyylialaniinin ja sen radioleimattujen vastineiden tutkimuksia boori-neutronikaappaushoidon kliinisten kokeiden toteuttamiseksi Suomessa”.

Jo ennen tohtorinväitöstään Vähätalo aloitti työn sosiaali- ja terveysministeriössä Kemikaalineuvottelukunnan pääsihteerin sijaisena valmistellen uusissa tehtävissään myös EU:n Kemikaaliviraston käynnistämistä Helsingissä. Vuonna 2004 hän siirtyi Merenkulkulaitokseen josta sai vakituisen työpaikan vaarallisten aineiden merikuljetusten parissa.
Boori-neutronikaappaushoitoa käytettiin menestyksellisesti pariin sataan potilaaseen, jotka kärsivät vaikeista aivojen tai pään ja kaulan alueen syövistä. Työtä jatkamaan perustettiin myös Boneca Oy, jonka toiminta hyvistä tuloksista huolimatta lopetettiin vuonna 2012. Sen jälkeen Otaniemen reaktori päätettiin sulkea ja sammutettiin vuonna 2015.

Kemikaalit matkaavat merellä tankeissa tai konteissa

 

Kemikaaleja liikutellaan merillä kemikaalisäiliöaluksissa eli -tankkereissa, joissa irtolasti lastataan satamassa aluksen jopa 3000 kuutiometrin tankkeihin. Lasti puretaan suuriin maanpäällisiin säiliöihin kohdesataman välittömässä läheisyydessä, joskus hyvinkin kaukana toisella puolella maapalloa. Irtolasteja ovat fossiiliset mineraaliöljyt, kemikaalit, kaasut, kiinteät aineet ja vilja.

Pakattuja lasteja ovat kontit ja rekat. Euroopassa tavaraliikennettä hoidetaan rekoilla ja meriteitse edelleen ro-ro -aluksilla. Pakatut aineet saapuvat satamaan maantietä ja rautatietä pitkin ja ne sitten tavallisesti jatkavat matkaa rekan kyydissä ro-ro -laivaan (roll-on roll-off). Esimerkiksi nestemäisen kemikaalin kuljetukseen tarkoitetun säiliökontin tilavuus on muutamien kymmenien kuutiometrien luokkaa.

Koska valtameriliikenteen suuret konttilaivat eivät pääse etenemään Suomen satamiin matalien ja kapeiden Tanskan salmien kautta, lastit tuodaan ja viedään tänne pienemmillä syöttöliikenteen feeder-konttilaivoilla. Suomesta feederit palaavat lasteineen Keski-Euroopan suuriin satamiin kuten Rotterdamiin, jossa kontit ahdetaan valtavansuuriin konttilaivoihin matkaamaan kauaksi aina Kiinaan asti. Valtamerilaivat ovat tyypiltään lift on -lift off- eli lo-lo- laivoja.

”Isojen valtameriluokan konttilaivojen kannelle mahtuisi jopa neljä täyskokoista jalkapallokenttää”, Vähätalo valistaa.

Vähätalon mielestä kontit ovat merkittävä logistinen keksintö, mutta turvallisessa konttikuljetuksessa niiden pitää olla kunnossa, hyvin kiinnitettynä sekä toisiinsa että alukseen, ja myös kontin sisällön kuuluu olla kiinnitettynä tukevasti merimatkaa varten. Painavat kontit sijoitetaan aluksessa aina pohjalle ja kevyet päälle.

Kymmenisen vuotta sitten konttiturvallisuus nousi otsikoihin ja herätti Kansainvälisen merenkulkujärjestön IMO:n kehittämään uutta tarkennettua sääntöä jo olemassa olevaan. Syynä olivat merionnettomuudet, jotka aiheutuivat konttirivien kaatumisista aluksissa.

”Konttien massaa ei siihen aikaan määritetty aina tarkasti ja niinpä sattui onnettomuuksia, kun tapana oli vain arvioida niiden massat summittaisesti, usein liian suuriksi. Melkein tyhjän, kolme tonnia painavan kontin massaksi saatettiin ilmoittaa kaksikymmentäkaksi tonnia”, Vähätalo muistelee.

IMO:ssa laadittiin tarkennettu uusi kansainvälinen sääntö, jonka mukaan konttien massa tulee määrittää tarkasti ennen lastaamista alukseen. Tästä tuli uusi termi merenkulun konteille: kontin vahvistettu bruttomassa, VGM-massa (englanniksi verified gross mass). Suomi oli aktiivisesti mukana uudistamassa sääntöä.

”Merenkulun urallani se oli episodi, joka on herättänyt eniten yleistä mielenkiintoa. Pidin kymmeniä esitelmiä konttiturvallisuudesta ja järjestimme aiheesta isompia ja pienempiä tapahtumia. Uudet tarkennetut konttipunnitusmääräykset tuntuivat huolestuttavan varsinkin metsä- ja puuteollisuutta. Siihen aikaan näin yöllä uniakin ja painajaisia konteista”, Vähätalo naurahtaa.

Kontit herättivät myös lehdistön huomion. Vähätalolle ovat jääneet mieleen juttuotsikoinnit tyyliin ”Konttikaaos uhkaa” tai ”Konttiliikenteen kustannukset nousevat rajusti uusien IMO-sääntöjen takia”. Konttiliikenne ei kuitenkaan siihen loppunut eivätkä hinnat nousseet. Turvallisuus sen sijaan parani ja onnettomuudet vähenivät.

Kenttäkeikat tuovat vaihtelua työhön

 

Vähätalo tekee työtään pääasiassa toimistossa ”rakkaiden paperiensa parissa” mutta välistä hän lähtee myös ulos kentälle. Viimeisimmällä kenttäkeikalla hän oli mukana aluksessa tarkkailijana vaarallisen aineen onnettomuusharjoituksessa.

”Lähdimme aamulla Vuosaaren satamasta kohti Muugaa. Paluumatkalla aluksen kannella ”syttyi” suunnitellusti rekan perävaunu palamaan. Rajavartiolaitos eli ”Raja” haki helikopterillaan pahimmin loukkaantuneet maihin saamaan hoitoa, minkä jälkeen turva-alus sammutti palon vesisuihkulla laivan vierestä ja lopuksi Rajan erikois-MIRG- joukot huolehtivat jälkitoimista”.

Viime kesänä Vähätalon työnä oli auditoida yhdessä merenkulun tarkastajakollegansa kanssa kipsin eli kalsiumsulfaattihydraatin kosteuspitoisuuden hallinta IMO:n sääntöjen mukaisesti Siilinjärvellä, jossa kipsi on lannoitetuotannon sivutuote. Vuosikymmenten kuluessa Siilinjärvelle on kertynyt kipsiä kokonainen vuori, joka näkyy jopa kilometrien päähän. Kesällä käynnistyneessä KIPSI-hankkeessa tätä ainetta levitetään Saaristomeren valuma-alueen pelloille osana Itämeren suojelutoimia. Merenkulussa kipsi kuuluu nesteytyviin irtolasteihin.

Viime kesänä Jyrki Vähätalo tutustui Siilinjärven kipsikasoihin tummien ja levottomien ukkospilvien alla. Kuva Ilkka Salminen.

Radiokemian osaamista tarvitaan meriliikenteen kehittämisessä

 

Vähätalo on voinut hyödyntää työssään myös peruskoulutustaan radiokemistinä, koska merillä liikutellaan myös radioaktiivisia aineita. Radioaktiivisista aineista ja säteilystä on merenkulkijoiden keskuudessa liikkeellä vääriä käsityksiä ja suoranaista tietämättömyyttä, jota hän on omilla toimillaan pyrkinyt poistamaan kansantajuistamalla säteilyn ilmiöitä.

Vähätalon mielestä parasta työssä ovat kansainväliset kokoontumiset ja tapaamiset. Hän osallistuu IMO:n, Kansainvälisen merenkulkujärjestön kokouksiin, jotka pidetään Lontoossa yleensä työviikon kestävinä. Koronapandemian vuoksi kokouksia on tosin peruttu, siirretty tai järjestetty kirjeenvaihtona ja etäkokouksina. YK:n alaisena organisaationa IMO noudattaa YK:n muidenkin järjestöjen työtapoja, joten valmistelutyöt tehdään komiteoissa tarkkaan määrättyjen aikataulujen mukaisesti jäsenvaltioiden kirjallisten ehdotusten mukaisesti. Tällä hetkellä IMO:ssa on 174 jäsenvaltiota.

”Ehdotusten valmistelu vaatii kärsivällisyyttä ja pitkää pinnaa. Kollegojen mielipiteitä pitää jaksaa kuunnella ja tehdä myös kompromisseja. Laadimme Suomessa teollisuuden kanssa ehdotukset uusien kemikaalien kuljettamiseen, ja tähän mennessä olen esitellyt viisitoista hyväksyttyä uutta nestemäistä kemikaalia säiliökuljetuksiin, mukana kasviöljyjä ja N-metyylianiliini. Yksi tärkeimpiä saavutuksiani on ollut osallistuminen uusiutuvien biopolttoaineiden merikuljetusten järjestämiseen niin, että niitä voidaan kuljettaa öljytankkereilla kemikaalitankkerien sijaan”.

Tällä hetkellä IMO:ssa työstetään päivitystä pakattujen vaarallisten aineiden satamien tarkastusohjeeseen ja pohditaan, miten etiopiansinapin öljyä tulisi kuljettaa.

Joskus merikuljetuksiin liittyy epäily rikollisesta toiminnasta ja Tulli pyytää Traficomista asiantuntijalausuntoa.

”Kerran pyydettiin lausunto erään bentsyylijohdannaisen epäillystä kuljetusrikkomuksesta. Lopulta ilmeni, että kyse oli laajamittaisesta erään huumeen lähtöaineen laittomasta maahantuonnista. Kyseinen kuljetusrikos oli pieni mutta olennainen osa rikollista toimintaa”.

Vähätalo on joutunut myös todistamaan käräjäoikeudessa syyttäjän todistajan roolissa.

”Ne ovat haastavia tilanteita, ja kun pitkän odotuksen jälkeen pääsee vihdoin tuomarin eteen, saatetaan yllättäen esitellä aivan uutta todistusaineistoa johon pitäisi reagoida nopeasti. Puolustuksen asianajaja käyttää monesti kärkästä kieltä, ja kerrankin eräs heistä puhutteli minua kemian professoriksi!”.

Jutun toimitus Sisko Loikkanen