Nanokuplat ja niiden vaikutukset eri menetelmillä

Abstract

Tässä työssä tutkittiin nanokuplien vaikutuksia eri menetelmillä. Työssä kokeiltiin erilaisia mittausmenetelmiä, joilla pyrittiin havaitsemaan nanokuplia sekä niiden fysikaalisia, kemiallisia ja mikrobiologisia vaikutuksia.

Nanokuplilla on monia erityisiä fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, mutta niiden tarkka syntymekanismi ei ole täysin selvillä. Niiden poikkeuksellinen stabiilisuus nesteessä sekä romahtamisen tuottamat hetkelliset äärimmäiset olosuhteet ovat kiinnostavia tutkimus- ja sovelluskohteita. Nanokuplat voivat hajota joko dynaamisen ärsykkeen laukaisemana äkillisesti tai spontaanin liukenemisen seurauksena lopulta romahtaen korkeiden sisäisten paineiden vaikutuksesta. Nanokuplia käytetään jo muun muassa jätevedenkäsittelyssä, kaivosteollisuudessa ja lääketieteessä ja uusia käyttökohteita tulee jatkuvasti lisää. Nanokuplien tuottoon on olemassa useita erilaisia menetelmiä, jotka tuottavat kuplia vaihdellen eri kokoisina ja eri konsentraatioissa.

Tässä työssä tutkittiin ilmananokuplien vaikutuksia vedessä oleviin bakteereihin, raudan hapettumiseen ja veden kiehumispisteeseen. Työssä pyrittiin myös kuvaamaan tuotettuja nanokuplia optisella mikroskoopilla. Työ toteutettiin laboratorio-olosuhteissa hyödyntäen ilmaa nanokuplien tuottoon hydrodynaamisen kavitaatiogeneraattorin avulla. Nanokuplien havaitseminen ja kuvaus osoittautui haastavaksi, vain muutamia nanokokoisia kuplia saatiin näkyviin optisella mikroskoopilla. Bakterisidisen vaikutuksen testaukseen valittiin kaksi eri bakteeria, Enterococcus faecalis ja Legionella pneumophila. Ensimmäiseen ei havaittu vaikutusta, mutta Legionellan kohdalla koe alkuvaiheessa viittasi lievään vaikutukseen, ja mahdollinen vaikutus todettiin myös biofilmin irtoamiseen. Raudan hapetuksessa käytettiin rauta(II)sulfaattia, jota pyrittiin hapettamaan nanokuplien avulla sekä hydrodynaamisen ärsykkeen kanssa että ilman ärsykettä. Raudan pitoisuutta näytteissä mitattiin spektrofotometrisesti. Vaikutuksia ei todettu verrattuna kontrollinäytteeseen. Veden kiehumispistettä sekä veden lämpenemisen nousunopeutta tutkittiin nanokuplavedellä ja kontrollinäytteellä. Tutkimuksessa havaittu hyvin pieni ero jäi mittausepätarkkuuden ja -vaihtelun rajoihin, joten vaikutusta ei todettu.

Yhteenvetona todetaan, että havaitut ilmananokuplien vaikutukset tutkittujen liuosten kemiallisiin, fysikaalisiin ja mikrobiologisiin ominaisuuksiin ovat vähäisiä. Tämä voi johtua tutkimusasetelmasta, tai mahdollisesti tuotettujen kuplien ominaisuuksista. Kuplien ominaisuuksia ei voitu mitata näissä koejärjestelyissä.