Seminarium, podobnie jak poprzednie w Poznaniu, połączono z warsztatami, czyli wykonywaniem pomiarów na próbkach uczestników z wykorzystaniem spektrometru Spinsolve® ULTRA Multi-X 80 MHz. Wydarzenie zostało zorganizowane wspólnie przez firmę Tusnovics Instruments Sp. z o.o. (przedstawiciela firmy Magritek na terenie Polski) oraz producenta spektrometrów – firmę Magritek GmbH we współpracy z Instytutem Nauk Chemicznych Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.

Podczas wykładów zaprezentowano najważniejsze parametry oraz wyjątkowe możliwości spektrometru Spinsolve® ULTRA Multi-X 80 MHz. Jest to wysokiej klasy wielojądrowy spektrometr o wyjątkowej rozdzielczości. Wykłady i prezentacje prowadzili dr Jasmin Wloka i dr Sanel Suljic. Dodatkowo własne badania przedstawił dr Mateusz Urbańczyk z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Uczestnicy mieli okazję zadawać pytania, prowadzić dyskusje i wykonać liczne eksperymenty. Prezentacje prowadzone przez specjalistów, ilustrowane przykładami widm, spotkały się z żywym zainteresowaniem uczestników. Warsztaty potwierdziły unikalną rozdzielczość i czułość spektrometrów Spinsolve®, co umacnia pozycję lidera firmy Magritek w technologii nabiurkowych spektrometrów NMR.

Wszystkie aparaty serii Spinsolve® pracują bez konieczności stosowania kriogeniki oraz pozwalają na wykonywanie pomiarów bez użycia deuterowanych rozpuszczalników. Kluczem możliwości technologicznych prezentowanych urządzeń jest wyjątkowa jednorodność pola magnetycznego. Aparaty pozwalają na pomiary wielu jąder za pomocą tego samego urządzenia, w szerokim paśmie częstotliwości, bez nadzoru i konieczności jakiejkolwiek interwencji użytkownika.

Spinsolve® ULTRA Multi-X 80 MHz przełącza się pomiędzy różnymi jądrami w sposób w pełni automatyczny, np. możliwa jest analiza sygnałów rezonansowych jąder 1 H, 19F, 13C i 31P bez konieczności ponownego dostrajania. Ponadto istnieje możliwość rozszerzenia konfiguracji o dodatkowe opcje jądrowe oraz podajnik próbek. Oprogramowanie związane z podajnikiem próbek i funkcją tworzenia „kolejki” pozwala na wykonywanie na tej samej próbce wielu zaprogramowanych wcześniej eksperymentów, a funkcja „kolejki” umożliwia prowadzenie pomiarów w kolejności wybranej przez użytkownika.

Ze względu na wyjątkowo silne, stabilne i jednorodne pole magnetyczne firma Magritek GmbH oferuje monitoring reakcji (w przypadku słabego magnesu nie jest to możliwe lub pomiar jest mało czuły). Każdy spektrometr Spinsolve® może być wyposażony w cele przepływowe, aby zapewnić stały przepływ próbki i pomiar on-line (monitoring w czasie rzeczywistym). Wszystkie aparaty serii Spinsolve® mogą mierzyć zarówno substancje czyste, jak i próbki wprost z procesu syntezy, próbki w rozpuszczalnikach protonowanych, roztwory wodne i standardowe próbki w rozpuszczalnikach deuterowanych. Bardzo wysoka jednorodność pola magnetycznego w aparatach serii Spinsolve® pozwala na osiągnięcie najwyższej wydajności tłumienia sygnałów pochodzących od rozpuszczalnika (z ang. solvent suppression), co eliminuje konieczność stosowania rozpuszczalników deuterowanych.

Technika spektroskopii NMR znajduje coraz szersze zastosowanie w przetwarzaniu i badaniach żywności. Zaprezentowano m.in. ciekawy temat związany z identyfikacją i oceną ilościową MGO w miodach Manuka oraz zafałszowaniami kawy.

Miód Manuka

Miód Manuka powstaje z nektaru kwiatów krzewów Manuka (Leptospermum scoparium), które występują naturalnie w Nowej Zelandii i częściowo w Australii. Jest znany i ceniony ze względu na swoje antybakteryjne własności i specyficzny smak. Zawiera metyloglioksal (MGO), związek organiczny o wzorze C3H4O2, należący do grupy aldehydów, leptosperynę i dihydroksyaceton (DHA). MGO powstaje z DHA w procesie starzenia się miodu. Z MGO, poprzez spontaniczną reakcję z wodą, powstają dwa związki: mono- i dihydrat metyloglioksalu. Schemat reakcji pokazano na rys. 1. Ze względu na dużą reaktywność, niską masę cząsteczkową i brak chromoforu UV bezpośrednie wykrywanie MGO w miodzie Manuka za pomocą konwencjonalnych metod jest skomplikowane i czasochłonne.

Rys. 1. Struktury cząsteczek MGO i dwóch hydratów

Jakość miodu Manuka jest określana przez system klasyfikacji UMF (Unique Manuka Factor), który jest miarą ilości unikalnych związków charakterystycznych dla tego rodzaju miodu, w tym leptosperyny, DHA i MGO. Wyższe wartości UMF oznaczają większe korzyści zdrowotne, np. miód UMF-16 zawiera ok. 570 mg MGO na kg miodu.

Spektroskopia NMR jest obecnie najwłaściwszym narzędziem do oceny jakości miodu Manuka. Jest to analiza niedestrukcyjna, a przygotowanie próbek i ocena wyników jest znacznie mniej skomplikowana w porównaniu z innymi technikami. Za pomocą spektrometru Spinsolve® 60 MHz, przy użyciu wewnętrznego wzorca (kwasu maleinowego), zostały zidentyfikowane oraz ilościowo oznaczone hydraty MGO. Do pomiarów przygotowano dwa zestawy próbek – metyloglioksal rozpuszczony w 100 mM roztworze kwasu maleinowego w D2O oraz 100 mg miodu Manuka (UMF-16) rozpuszczonego w 1 ml D2O. Uzyskane widmo pokazuje rys. 2.

Rys. 2. Widmo 1 H NMR miodu Manuka UMF-16 w D2O, wykonane aparatem NMR Spinsolve® 60 MHz

Fałszowanie kawy

Problemy fałszowania jakości kawy wynikają z faktu, że jest to najpopularniejszy napój na świecie – dzienna konsumpcja kawy to ok. 2 mld filiżanek. Istnieją dwa podstawowe typy ziaren kawy – arabika (Coffea arabica) i robusta (Coffea caniphora). Arabika stanowi ok. 60% światowej produkcji. Jest delikatnym krzewem i jej uprawa wymaga szczególnej troski. Ma złożony smak i jest uważana za produkt najwyższej jakości, zatem jest droga. Odmiana robusta natomiast jest niezwykle tolerancyjna dla warunków środowiskowych i klimatycznych, jak też praktycznie odporna na choroby. Ma bardziej cierpki smak i prawie dwa razy więcej kofeiny niż ziarna arabiki. Jest to odmiana znacznie tańsza, dlatego często jest dodawana do kawy gatunku arabika, co jest równoznaczne z fałszowaniem produktu. W tym przypadku również niezawodną techniką identyfikacji zafałszowań jest spektroskopia NMR.

Próbki kawy arabika i robusta ekstrahowano za pomocą CDCl3, a następnie filtrowano. Standardowe widma 1 H rejestrowano za pomocą spektrometru Spinsolve® 80 MHz Ultra. Te dwa rodzaje ziaren można odróżnić, oznaczając marker charakterystyczny tylko dla kawy robusta (16-OMC, 16-O-metylokafestol). Ta cząsteczka daje kilka sygnałów, jednak ten przy 3,16 ppm jest najbardziej widoczny i nie nakłada się z innymi sygnałami obecnymi w widmie. Sprawdzając obecność tego konkretnego sygnału w widmie NMR, można wykryć oszustwa handlowe w mieszankach obu wymienionych gatunków kaw. Otrzymane wyniki ilustruje rys. 3.

Rys. 3. Widma 1 H wykonane w czterech skanach (całkowity czas pomiaru 1 min)

W widmach można również zidentyfikować sygnały pochodzące od kofeiny, co prowadzi do następnej aplikacji – ilościowego określanie zawartości kofeiny. Dla tych pomiarów przygotowano trzy próbki: 100% arabika, 100% robusta i 100% arabika bezkofeinowa. Próbki przygotowano w domowym ekspresie do kawy. Widma wykonano z zastosowaniem tłumienia rozpuszczalnika celem zredukowania sygnału wody. Pomiar trwał 17 min. Pomiędzy 3 and 3,5 ppm widać wyraźne sygnały pochodzące od kofeiny i na tej podstawie można przeprowadzić analizę ilościową. W tym przypadku arabika zawierała 61 mg kofeiny na 100 ml, robusta, nieomal dwa razy tyle (113 mg/100 ml), a bezkofeinowa arabika – tylko 5 mg/100 ml. Wyniki obrazuje rys. 4.

Rys. 4. Widma ilościowego pomiaru zawartości kofeiny

Przedstawione przykłady to tylko niewielki ułamek możliwości nabiurkowych spektrometrów NMR. Spektrometry Spinsolve® są z powodzeniem stosowane w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, badaniach polimerów, chemii i ekspertyzach sądowych, produkcji ogniw i baterii, wspomagają procesy w działach R&D i nauczanie w laboratoriach licznych uczelni.

Jeżeli po przeczytaniu artykułu są Państwo zainteresowani tematem nabiurkowych spektrometrów NMR Spinsolve®, zapraszamy do odwiedzenia strony producenta i zapoznania się z notami aplikacyjnymi oraz do kontaktu z nami, w celu poznania więcej szczegółów.