Tiede03 - Luonnontieteet ja tekniikka tiedekatselmuspalkinto
Petri Valkama, Jyväskylän Lyseon lukio

Miten paperin päällysteen massajakauma pystytään määrittämään laserindusoidulla plasmaspektroskopialla ja kuinka tarkka menetelmä on?

Petri Valkaman työ

Tiede03-tiedekatselmuspalkinnon Vuoden 2002 Viksussa saa 18-vuotias Petri Valkama Jyväskylän Lyseon lukiosta.

Petri Valkaman tutkimuksessa pyrittiin kehittämään menetelmä, jolla yksi- tai kaksikerroksisen päällysteen massajakauma pystyttiin määrittämään laserindusoidulla plasmaspektroskopialla (LIPS). Lisäksi pyrittiin määrittämään menetelmän tarkkuus ja keinoja, miten menetelmää voitaisiin tarkentaa. Paperille levitettävän päällysteen massajakauman tasaisuus on tärkeä paperin laatuun vaikuttava tekijä. Siksi on tärkeää, että laadunvalvonnassa pystytään määrittämään päällysteen massajakauma.

Päällysteen paksuuden Valkama määritti kuorimalla sitä pois laserilla kerros kerrokselta. Hän laski päällysteen paksuuden läpäisyyn tarvittavien säteiden määrästä aiemmin tehtyjen kalibrointimittausten perusteella. Päällysteen tasosuuntainen massajakauman Valkama määritti toistamalla mittauksen useissa kohdissa. Mittauksia ja kalibrointia varten valmistettiin omat näytteet päällystämällä muovikalvoja ja kopiopaperia CaCO3:sta ja styreenibutadieenilateksista koostuvalla päällysteellä.

Valkama erotti päällystekerrokset toisistaan ja pohjapaperista plasman emittoiman säteilyn spektrin muutosten perusteella. Eri päällystekerrosten erottamiseksi toisistaan ja pohjapaperista lähempänä pohjapaperia olevaan päällystekerrokseen lisättiin pieni määrä tunnisteainetta, BaSO4:ia, jota ei normaalisti esiinny paperissa tai päällysteissä. Tämän aineen esiintymisen muutoksista oli tarkoitus pystyä määrittämään päällystekerrosten ja paperin rajakohdat tarkasti. Eroa päällysteen kerrosten välille ei BaSO4:n avulla kuitenkaan pystytty tekemään. Valkama löysi jonkinlaisen yhteyden kerrosten rajapinnan ja BaSO4:n esiintymisen välillä, mutta asia totesi asian vaativan lisätutkimusta.

Koska tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tutkittavan menetelmän tarkkuus ja sopivuus kyseisiin mittauksiin, Valkama laski analyyttisesti päällysteen paksuuden määrityksessä esiintyvä virheen. Virhe vaihteli päällysteen paksuudesta riippuen. Mitatuille näytteille virheeksi saatiin noin 7,5 %. Valkama toteaakin menetelmän sopivan paperin päällysteen massajakauman määrittämiseen ja löysi  useita keinoja tarkentaa menetelmää.

Työn arvioitsijat totesivat, että Petri Valkaman työ osoittaa hyvää analyyttistä ajattelua. Hänen  työssään on lisäksi ajateltu tulosten merkitystä ja käyttökelpoisuutta. Työn kokeellinen osuus on tehty huolellisesti ja Valkaman eritystapa on perusteellinen.