在这次采访中,AZoM与马特•勒克莱尔Nanalysis集团高级应用化学定量核磁共振分析和如何使用台式31 p NMR光谱分析了木质素。
分析木质素使用31便士台式核磁共振光谱学——Nanalysis
Nanalysis XPOD——使用台式31 p NMR光谱分析木质素从AZoNetwork在Vimeo。
你能介绍你的工作在Nanalysis吗?
我的名字叫马特和我是一个应用程序在Nanalysis化学家。我将讨论木质素的分析使用台式核磁共振光谱学。对于那些不熟悉我们公司,Nanalysis生产台式核磁共振光谱仪,我们一直在这个领域先锋部队10年。我很兴奋与你分享我们的一些最新发展。
你能给我们的读者一个核磁共振技术背景,以及它如何适用于光谱?
核磁共振的历史是非常创新的历史。发现电子的自旋和磁矩布洛赫和珀塞尔的基本发现,旧的瓦里安光谱仪几个可能还记得,力量释放他们的开创性工作500 MHz光谱仪在70年代末他们的1000 MHz大约30年后,核磁共振领域从来没有停止发展。
最后,自2010年以来,我们已经看到了介绍和台式NMR技术的扩散,已经帮助解决一些主要的可访问性问题有关的传统轨迹光谱仪成许多实验室。
澄清一下,我不是说台式核磁共振仪器将取代传统轨迹仪器,而是帮助提高核磁共振可以使用的领域,让越来越多的人,专家,也同样适用于初学者。了解这一技术应用到各自的工作流。
你能告诉我们一些关于Nanalysis把核磁共振技术纳入其台式仪器?
台式NMR技术的小型化Nanalysis是由:
首先,使用稀土永磁体,尤其是钕铁硼,并安排他们在一个高度均匀和紧凑的数组,它允许我们使用最小数量的磁性材料和非常有限的领域,这意味着工具是安全的。欧洲杯足球竞彩
当前仪器很少吸引和标准电源可用于电源。它们不需要制冷剂或重要的维护和非专家可以很容易地使用它们。
其次,微型化的电子器件意味着我们能够凝聚这些从传统轨迹光谱仪的大型电子盒成小电路板栈和嵌入计算机直接处理(如果需要的话)。或者,可以使用一个单独的计算机控制仪器。
什么类型的台式核磁共振光谱仪Nanalysis提供吗?
Nanalysis目前提供两个主要的产品线,60 MHz至100 MHz的乐器。他们是基于钕铁硼磁钢,流浪领域非常有限。
我们有一个1H只模型为客户做常规分析,以及一些更复杂的杂环的实验提供给用户希望收集更多数据从我们的仪器。我今天要讲的所有数据收集60 pro乐器行。
图片来源:Nanalysis集团。
这些台式核磁共振光谱仪比较传统的轨迹如何光谱仪吗?
当我们想到传统轨迹光谱仪,我们知道他们提供令人难以置信的分辨率和灵敏度,但他们可访问性较低,而且通常是不可行的实验室将这些工具融入工作流,无论是由于他们的价格,尺寸,或需要专家人员维护和使用它们。
在光谱的另一端,我们有低场和低分辨率的松弛计,便宜但只能用于相对基本的应用程序。
我们喜欢把台式NMR技术弥合这两个之间的差距,通过处理轨迹仪器固有的可访问性问题,同时还提供高分辨率分析。
有很多的市场,可以利用核磁共振技术的优势,但价格的组合,大小需求和专家人员维护只是太多对很多人来处理,这意味着核磁共振在雷达下可以飞起来,无论多么强大的一种技术。
定量核磁共振(qNMR)正在迅速流行进行量化分析。你能告诉我们更多吗?
核磁共振美丽的一件事是它天生的量化,这意味着每个信号的集成领域成正比的化学当量核引起的信号。这很重要,因为它意味着一个特定的目标分析物的分析标准不是必需的。
当我们想到高效液相色谱法,例如,如果你是针对他达拉非,那么你需要一个特定的,证明他达拉非参考标准量化分析物。
你需要校准仪器,必须仔细考虑适当分离色谱运行期间所有组件。核磁共振,我们不需要单独的组件感兴趣的像我们一样在色谱法,使我们能够得到的一切解决方案的一个快照。
此外,单个共振可以用来量化感兴趣的分子。例如,我们能够量化他达拉非利用DMT内部calibrant。换句话说,我们采用DMT,与一个已知化合物纯度,确定他达拉非的纯洁性。
他达拉非引起一个复杂1H与大多数信号重叠光谱,值得注意的是,这几乎不可能准确地将它们集成。然而,因为我们只需要一个共振量化整个分子,我们能够获得伟大的结果。
重要的是,也无损分析,这意味着有价值的样本分析后可以恢复。
有几个主要用于qNMR calibrant方法,比如使用内部或外部calibrants,校准曲线,甚至一个数字的方法称为ERETIC。
图片来源:Nanalysis集团。
如何使用内部calibrant ?
内部calibrant通常是直接重瓶一样感兴趣的分析物,将溶解在一起,转移到一个核磁共振管。这是成功,选择需要的内部calibrant纯度高,必须知道这纯洁。
例如,MilliporeSigma提供TraceCERT的一条线®核磁共振calibrants,提供非常准确的纯度值。此外,内部calibrant不能重叠的信号与其它信号频谱,它必须完全溶于介质的分析,它不能与其他反应的解决方案。
使用标准方程,纯度和数量可以方便地使用这种方法来决定。这是一个非常强大的技术,已迅速在过去几年里越来越流行。
使用qNMR分析有什么缺点?
正如我提到的,qNMR迅速得到普及,但是随着越来越多的人开始使用这种方法,重要的是要意识到,有一些关键的事情时要考虑准备qNMR分析。
每一步是非常重要的是准确的,这意味着利用适当的权衡技术来最小化误差(事实上,这是一个最常见的错误来源qNMR)。此外,必须使用适当的液体分配方法,这意味着正确使用容量瓶或校准微量吸液管。
这是至关重要的收集qNMR数据采集参数进行优化。简化,这意味着必须使用足够数量的点样本数据,和重复的时间和光谱宽度必须精心挑选,使优化结果。
这不能被夸大,典型的采集参数用于收集传统的1 d NMR数据几乎从未将提供准确、定量的结果。
收购相关参数,必须选择扫描延迟等,所有旋转脉冲之间的利益是完全放松。这是必要的,以获得准确的集成,形成qNMR的基础。这是通过确定T1感兴趣的信号的值并选择扫描延迟时间最长的5 - 7倍T1,一般。
即使扫描延迟技术上是一个采集参数,它仍然是重要和突出优点:你不能收集准确、定量数据如果不首先选择合适的扫描延迟。
图片来源:Nanalysis集团。
已经有很多讨论异核核磁共振。你能扩大吗?
我相信很多人都看过13C实验,可能还有一些19F和31日P的实验,但它是可能的一些关键优势杂环的NMR尚未提交给他们。
而1H,到目前为止,最受欢迎的核素NMR,不幸的是有一个非常狭窄的化学位移的窗口,这意味着可以重叠,而且往往是有问题的,即使在轨迹仪器。
大多数熟悉甚至只是基本的核磁共振知识熟悉如何最简单的芳香的功能可以产生非常复杂,通常二阶核磁共振光谱。
然而Heteronuclides,通常有更大的化学位移范围,这对锂- 7可以看出,fluorine-19, phosphorus-31,相比1h .这导致更少的重叠,甚至较低的领域,使我们能够区分信号有极其相似的化学环境。
作为一个例子的异核核磁共振是常用的,19F是广泛应用于制药和聚合物工业31日P是一个有机金属配合物的特殊处理,通常用于生物分子的分析样本,如磷脂。
通常,杂环的NMR结合使用1H NMR,但在某些情况下,我们可以收集所有我们需要从异核核磁共振定量信息。
你能解释为什么木质素是重要的吗?
我不认为我要惊讶当我说,很显然,我们需要看到广泛使用可再生能源,很快,我们需要它。
在这个复杂的框架内的可再生能源,已成为充满了大量的术语,其中一个突出本课程的目的——生物燃料。
简单地说,生物燃料是任何燃料来自生物量,也就是任何植物或动物粪便。
在这一群体中,木质素成为一类复杂的交联酚醛聚合物。它是木质纤维素的重要组成部分,目前主要是纸生产的副产品。
不幸的是,大多数世界各地产生的木质素为能源生产继续燃烧。我使用这个词很不幸因为木质素的妙处之一是单体组成复杂结构重要的构建模块,我们历史上获得石油原料。
就像我刚才提到的,木质素是一种交联酚醛聚合物,并通过一些非常创新的催化剂的设计在过去的十年里,我们已经能够将木质素分解成这些基本构建块。
图片来源:Nanalysis集团。
为什么你认为它是如此难以研究木质素结构?
好吧,这是问题。确定木质素的结构是具有挑战性的,因为它是非常复杂的,它是不同的每一个木质素样品。这是一个问题的原因是很有价值的知道木质素的组成之前试图把它分成增值的化学物质。
使用一个通用的一个代表性的例子木质素结构,主骨架组成的结构形成重复单位,主要是基于三种酚类化合物。事实上,这些单位的自由基聚合引起大部分的木质素结构。
即使你只是有点熟悉核磁共振,你会相信我的话,如果我告诉你1H和13C光谱木质素遭受重大的重叠。
这种情况下轨迹和低场仪器。如果我们不能使用1H或13C NMR分析木质素,至少不容易,它并不包含任何其他有用的核磁共振活动星系核,我们如何确定这些聚合物的成分?
谢天谢地,化学家与各种heteronuclides derivatized木质素,最有用的了31日p NMR处理,31日P是100%自然丰富,它有一个非常大的化学位移范围,它产生了尖锐的线条。
你如何引入磷木质素框架,同时保持它的完整性?
在继续之前,我想我将讨论提到木质素分析是进行循环的一部分研究评估测试方法中所描述的未来CSA组标准,CSA组被加拿大标准协会组。虽然我不能透露的全部细节的方法相当,它预计将发表在2月初。
此外,我们也只是提交自己的论文总结这些研究的同行评审,希望听到很快会回来。我强烈鼓励木质素分析感兴趣的人留意两个出版物!
现在,回磷的引入到木质素框架。我们可以使用一个phosphitylation方法,聚合物中的所有哦组将根据一个一般的反应计划。
使用TMDP作为phosphitylating代理,这是一个dioxaphospholane,内部calibrant和环己醇,我们可以识别和量化不同子结构木质素。
作为一个概念证明,我们有phosphitylated几个具有代表性的模型化合物,说明这些会引起信号在130 - 150 ppm化学位移范围内。
澄清一下,这是众所周知的,但我们想确认这些结果对我们的仪器。我们有例子表明:烷基片段,愈创木基片段,羧酸片段,另一个烷基片段,一个基本的苯基片段,p羟苯基片段,最后syringyl片段。
有一个峰值的phosphitylated环己醇,145 ppm左右,和峰值TMDP和微量水分之间的反应产物,我们作为我们的内部化学参考132.2 ppm。而木质素彻底干燥,水分尽可能排除在这些实验中,我们将几乎总是观察一点这种产品。
为了进一步证明这一点,我们phosphitylated实际木质素样品,卡夫软木木质素在这种情况下,分析了在台式和轨迹的乐器。堆叠光谱表明,结果非常相似。光谱轨迹时略好解决脂肪族羧酸地区,实际上,这两种光谱非常相像。
我们演示了可视化和数值不同的功能出现在哪里31日P NMR谱。地区已经准确地确定之前,我鼓励任何人查找的一些参考资料,如果他们想知道更多关于他们。
之间的主要区别硬木或小麦木质素和软木木质素是我们是否将识别和量化4-O-5”功能,或者syringyl功能。
图片来源:Nanalysis集团。
什么类型的木质素分析吗?
我们分析了两个卡夫木质素——一个软木,硬木。的31日从我们的台式仪器显示P光谱。重要的是,我们注意到,在硬木木质素syringyl内容远远大于在软木木质素,这正是我们所期望的从众多的先前的研究在这些类型的聚合物。
在所有情况下,整合区域的内部calibrant标准化为1,和之前的幻灯片上所描述的具体整合区域用于集成所有感兴趣的特定的子结构。
我们接下来看Organosolv硬木木质素木质素和苏打水。再一次,我们注意到两者之间的一些主要差异,但主要是羧酸含量更高的碱木质素,又正是我们期望从苏打水制浆过程产生这些类型的木质素。
此外,Organosolv木质素具有更大的烷基内容,该地区约147 ppm。
台式NMR对轨迹分析比较工具如何?
已经确认,我们可以分析和集成不同地区的兴趣木质素的四种类型,我们选择进行深入研究,以确定我们的方法的性能,特别是当它与轨迹的结果。
我们准备了三个样本为每个类型的木质素和分析他们的台式仪器。处理后的光谱,我们计算每个子结构的浓度,更易与/ g,使用相同的通用qNMR方程我之前提到的。
当我们跑同样的样本轨迹仪器我们也观察到伟大的协议,这是非常令人鼓舞的。
这基本上意味着我们可以准确、可再生产地确定各种木质素的组成,这样,任何使用这些产品的价值可以确定他们的产品,这样我们就可以使用一些伟大的催化剂开发最有价值的分解成其单体的单位,而不是通过石油原料获得这些。
虽然台式方法确实需要额外的扫描轨迹的实验相比,提到很多实验室工作是很重要的在这些行业没有直接访问轨迹光谱仪。这一点,再加上这一事实phosphitylated木质素应该分析一旦他们准备将随着时间的推移,最终分解演示了台式的效用核磁共振技术来帮助缺医少药市场获得这些分析。
尽管这木质素分析非常有前途,可以提供许多的那些价值产生木质素,它不可行,原因是当样品需要发送给第三方分析,有时会将样本队列中等待几小时或几天。
总之,我们四个木质素和量化分析各自的子结构使用31日P qNMR。我们能够通过phosphitylating木质素,将所有哦组转换为功能适合31日P NMR。这是很重要的,因为我们不能使用1H /13C NMR由于共振的极端重叠。
结果从我们60 MHz仪器匹配这些轨迹的仪器非常紧密,我们强烈认为,虽然这种方法已显示出惊人的承诺在过去的几年中,研究了不少,可访问性问题了纸浆和造纸行业很难把这种方法大规模。
此外,低成本实验有助于使台式NMR方法分析一个有吸引力的前进道路。
你如何看待台式核磁共振光谱仪发展的未来?
我们的愿景是一个就有可能发展轨迹的方法工具,这样一个用于phosphitylated木质素分析和实施在台式层面帮助工业利用核磁共振的力量没有许多传统系统的要求。
的一个关键是外卖信息台式核磁共振技术提供无与伦比的这种技术服务行业历史上无法承受和使用传统的轨迹光谱仪。从这个意义上说,台式系统可以解决公司的可访问性问题NMR进入的市场。
马特·勒克莱尔博士。
马特获得他修读化学和有机金属化学渥太华大学的博士学位。r·汤姆贝克教授的监督下他的研究集中在fluoroorganometallic钴催化的反应性和学习N杂环卡宾与fluoroalkenes。博士后奖学金后与沃伦·e·皮尔斯卡尔加里大学的教授,他探索锰配合物的合成,他搬进了一个专注于色谱和质谱技术销售的作用。现在应用程序在Nanalysis化学家,他终于与核磁共振技术团聚,他广泛使用在他的研究中,并试图传播台式技术的奇迹!
这些信息已经采购,审核并改编自Nanalysis集团提供的材料。欧洲杯足球竞彩
在这个来源的更多信息,请访问Nanalysis集团。
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