Työn tarkoituksena oli tutkia mekaanisten massojen pintakemiallisia ja morfologisia ominaisuuksia sekä erityisesti niitä muutoksia, joita massoissa tapahtuu jauhatuksen, valkaisun ja entsymaattisten käsittelyjen aikana. Tavoitteena oli myös tutkia erilaisten mekaanisten massojen pintaominaisuuksien lisäksi massoista eristettyjen fraktioiden, eli kuitujen ja erilaisten hienoaineiden, pintakemiallisia ja -morfologisia ominaisuuksia. Pääpaino työssä oli lentoaikaerotteisen sekundaari-ionimassaspektometrin (time-of-flight secondary ion mass spectrometry, ToF-SIMS) antamilla tuloksilla. Näitä tuloksia tukemaan ja täydentämään käytettiin kemialliseen analyysiin tarkoitettua elektronispektroskopiaa, joka tunnetaan myös nimellä röntgensäde fotoelektronispektroskopia (electron spectroscopy for chemical analysis, ESCA/x-ray photoelectron spectrosopy, XPS). Massojen ja niistä eristettyjen fraktioiden morfologisten ominaisuuksien analysoimiseen käytettiin atomivoimamikroskooppia (atomic force microscopy, AFM) sekä pyyhkäisyelektronimikroskooppia (field emission scanning electron microscope, FE-SEM).

ToF-SIMS soveltui hyvin mekaanisten massojen ja massafraktioiden pintakemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen. Laitteella voitiin esimerkiksi analysoida pinnassa olevan ligniinin guajasyyliyksiköiden suhteellinen pitoisuus. Kyseisen tiedon avulla voitiin esimerkiksi arvioida, onko pinnan ligniini peräisin soluseinän uloimmista vai sisemmistä kerroksista. ToF-SIMS:in avulla voitiin myös analysoida pinnassa olevien eri uuteaineryhmien suhteellisia pitoisuuksia. ToF-SIMS ei kuitenkaan ole kvantitatiivinen menetelmä orgaanisille aineilla ja niinpä ESCA/XPS:n tuloksia tarvitaan täydentämään ToF-SIMS:in antamia tuloksia.

Mekaanisten massojen kuitujen pintakemialliset ja morfologiset ominaisuudet poikkesivat massojen hienoaineen pintaominaisuuksista. Hienoaineen pinnalla oli enemmän uuteaineita ja ligniiniä kuin kuitujen, ja kuitujen pinnassa oli vastaavasti eniten polysakkarideja. Erityyppisillä hienoaineilla, fibrilleillä ja lastumaisella hienoaineella, oli myös erilaiset pintakemiat. Fibrillien pinnassa oli enemmän uuteaineita ja lastumaisen hienoaineen pinnassa ligniiniä, jotka muodostivat pintaan granuuleja. Hiokkeista ja hierteistä erotetut fraktiot olivat pintakemioiltaan erilaisia.

Jauhatusenergian kasvu lisäsi ligniinin guajasyyliyksiköiden suhteellista pitoisuutta kuitujen pinnalla, joka yhdessä FE-SEM kuvien kanssa kertoi kuituseinämän sisempien kerrosten paljastumisesta. Hienoaineen pintakemiallisia ominaisuuksia analysoimalla voitiin päätellä, että fibrillejä muodostuu jauhatuksen alussa kuituseinämän uloimmista kerroksista (P+S1) ja sekundääriseinästä peräisin olevan fibrillimäisen hienoaineen määrä kasvaa jauhatusenergian kasvaessa. Jauhatusenergian ollessa pieni, lastumaista hienoainesta muodostuu välilamellista sekä primääriseinämästä, mutta jauhatusenergian kasvaessa niitä alkaa muodostua myös uloimmasta sekundääriseinämästä (S1).

ToF-SIMS:in avulla pystyttiin analysoimaan pinnan ligniinin koniferaldehydien suhteellinen pitoisuus, jota voitiin käyttää kromofooristen rakenteiden pitoisuuden indikaattorina. Pinnassa olevien kromofoorien pitoisuus pieneni valkaisun aikana. Valkaisu myös poisti tehokkaasti pinnassa olevia uuteaineita, erityisesti fibrilleistä. Käsittelyjä Lipaasi- ja lakkaasientsyymeillä yhdistettynä pesuun voitaisiin käyttää uuteaineiden selektiiviseen poistoon massan komponenttien, varsinkin fibrillien, pinnoista, ja siten lisätä massojen hydrofiilisyyttä.