Идентификация лекарственных средств методом ближней инфракрасной спектроскопии. Бик-спектроскопия Преимущества спектроскопии БИК

Преимущества спектроскопии БИК

Простота проведения измерений
Высокая точность и воспроизводимость анализа (точность анализа определяется качеством обработки спектра, люфтами и точностью калибровки механических частей, калибровкой источника излучения)
Нет загрязнений
Возможность проведения измерений через стеклянную и пластиковую упаковку
Автоматизация измерений. Используется программа OPUS. Работа с данной программа требует высокой квалификации пользователя
Перенос метода с одного прибора на другой
Анализ физических и химических свойств

Преимущества рамановской спектроскопии

Не требуется предварительной подготовки образца
Вследствие отсутствия механических частей и более определенных спектральных характеристик, измерения рамановских спектров существенно проще чем БИК
Измерение методом рамановской спектроскопии рассматривается в качестве отпечатков пальцев химических веществ (т.е. самое точное из существующих на сегодняшний день). Отсутствие подвижных частей и независимость рамановского спектра от флуктуаций частоты и интенсивности излучателя обеспечивают сверхвысокую повторяемость измерений.
Нет загрязнений
Существует возможность проведения измерений через стеклянную (в том числе из цветного стекла) и пластиковую упаковку, причем идентификация отдельных элементов (упаковки и лекарств) существенно надежней чем в методе БИК
Автоматизация измерений. Создан пользовательский программный интерфейс, позволяющий оперировать прибором неподготовленному пользователю. Программа легко адаптируется под конечного пользователя. Данный пункт очень важен для работы фармацевтов и медиков
Спектры рамановского рассеяния, снятые на двух различных приборах с одинаковым спектральным разрешением всегда совпадают. Поэтому проблемы переноса метода не существует
Возможен более точный анализ физических и химических свойств исследуемых веществ, так как в методике БИК измеряются обертоны фундаментальных колебаний, прямое получение физической информации из энергии и сечения рассеяния которых весьма затруднительно, если не невозможно. В рамановской спектроскопии проводится анализ самих фундаментальных колебаний молекул химических веществ, полная информация о которых либо уже доступна, либо может быть получена простыми экспериментальными и теоретическими методами

Характеристики приборов

БИК

Быстрота (обычно 5 – 10с)
Компактные размеры
Разрешение, определяемое шириной исследуемых линий (около 100 см-1)
Минимальное количество вещества для анализа примерно 0.1 мг
Не существует базы данных. Метод появился недавно и калиброванных спектров БИК чрезвычайно мало. Это означает, что должна быть проведена огромная работа (выполненная квалифицированным персоналом) по созданию соответствующей базы данных лекарственных препаратов

ИнСпектр

Быстрота (обычно менее 1 с)
Портативный рамановский комплекс ИнСпектр имеет существенно меньшие размеры и вес чем БИК спектрометр
Разрешение, определяемое шириной исследуемых линий (около 6 см-1). Это означает, что можно идентифицировать значительно большее количество веществ
Минимальное количество вещества для анализа примерно 0.001 мг (т.е. в 100 раз меньше). Это связано с лучшей чувствительностью приемной системы в видимом диапазоне
Метод хорошо проработан. Накоплена база данных калиброванных спектров большого количества лекарственных препаратов и химических веществ

В число современных методов оценки качества лекарственного сырья и готовых препаратов входит спектрометрия в ближней инфракрасной области. Метод обладает рядом существенных преимуществ, среди которых:

Простота пробоподготовки или полное отсутствие ее необходимости. Исключение этого этапа позволяет сэкономить до 80% времени, затрачиваемого на исследование образца.
Высокая скорость анализа. При использовании анализаторов последнего поколения, таких как, например, БИК-спектрометр PT IM100 , весь процесс занимает всего 15 минут.
Возможность исследования препарата без вскрытия упаковки. Эта особенность БИК-спектрометрии особенно ценна при анализе дорогостоящих лекарств, токсичных веществ (например, химиотерапевтических препаратов) и др. Исследовать без вскрытия можно препараты в прозрачных упаковках из пластмассы или стекла.

Единовременный анализ различных компонентов сложных смесей, включая информацию об их концентрации. Так, например, с помощью данного метода можно проанализировать процентное содержание воды, органических растворителей и иных составляющих в микрогетерогенных системах, таких как эмульсии типа «масло в воде» или «вода в масле».
Возможность организации дистанционного контроля образцов в режиме реального времени непосредственно в технологическом потоке (дистанционный контроль). Для этих целей используются стационарные или переносные спектрометры. Стационарные приборы устанавливаются в производственных помещениях фармацевтических предприятиях, где их интегрируют непосредственно в технологические линии, монтируя датчики над лентами транспортеров, в химических ректорах, смесительных камерах. Это позволяет получать информацию в режиме онлайн и использовать полученные данные в АСУ. Переносными БИК-спектрометрами на аккумуляторах чаще всего оснащаются передвижные лаборатории контроля качества ЛС.

Способы получения спектров в БИК-области

В ближней инфракрасной области спектры получают с помощью пропускания или диффузного отражения.

Метод пропускания может быть использован для анализа как жидких, так и твердых веществ. При этом жидкости помещаются в кюветы или другие специализированные емкости, которыми комплектуется прибор. Такие измерительные сосуды могут выполняться из обычного или кварцевого стекла. Для исследования методом пропускания твердых образцов может применяться щуп или сфера.

Однако анализ по методу диффузного отражения с помощью зонда имеет ряд существенных преимуществ, так как дает возможность получить более детальный спектр и более точные результаты. Обеспечивается это за счет того, что наклонная плоскость наконечника оптоволоконного зонда сводит к минимуму зеркальный эффект, позволяя рассеивать большее количество света. Кроме того, в оптоволоконную оптику можно интегрировать модуль для считывания штрих-кодов с упаковки образца. Также необходимо отметить, что только с помощью щупа возможна идентификация проб, дистанционированных от самого прибора.

Для тестирования образцов с низкой рассеивающей и отражающей способностью используется комбинированный метод «пропускания-отражения». Для этого необходимы кюветы и датчики специальной конструкции, благодаря которым поток лучей проходит через анализируемый образец дважды.

Кроме того, в ближней инфракрасной области можно получить спектры «взаимодействия».

Проблемы БИК-спектрометрии и способы их устранения

К основным проблемам данного аналитического метода в фармацевтической отрасли в течение длительного времени относилась сложность анализа спектра, отличающегося менее интенсивными и относительно более широкими полосами поглощения по сравнению с фундаментальными полосами в средней части инфракрасной области.

Объединение математических методов обработки данных (хемометрии) с результатами инструментального анализа позволило нивелировать данный недостаток. Для этих целей современные анализаторы оснащаются специальными пакетами программ, основанных на кластерном или дискриминантном способе обработки результатов.

Для того чтобы в хемометрическом анализе можно было учитывать различные возможные источники изменения спектра, на фармацевтических предприятиях создаются специальные библиотеки спектров с учетом производителя сырья, технологического процесса его изготовления, однородности материала из различных серий, температуры, режима получения спектра и иных факторов.

Согласно европейским нормативным требованиям, для составления библиотек необходимо исследование не менее 3-х образцов лекарственной субстанции с получением 3-х и более спектров.

Еще одна возможная проблема – вероятность изменения спектра вследствие конструктивных особенностей БИК-спектрометра – решается с помощью квалификации прибора в соответствии с фармакопейными требованиями.

О чем необходимо помнить при проведении исследования

При БИК-спектроскопии жидких и иных термически лабильных образцов характер спектра зависит от степени его нагрева. Разница всего в несколько градусов способна существенно менять спектр. Этот момент необходимо учитывать при разработке рецептуры и отработке технологии. Например, при создании нового лекарственного препарата или косметического средства с использованием пилотного лабораторного гомогенизатора нередко требуется нагрев гомогенизируемой смеси. Образец полученноц таким способом эмульсии перед исследованием в БИК-спектрометре необходимо охладить.

При исследовании порошкового сырья наличие остаточных количеств растворителей (воды и др.) способно оказать влияние на результаты анализа. Поэтому в фармакопейных статях указывается необходимость и технология высушивания таких образцов.
На результаты спектроскопии в области ближнего инфракрасного излучения влияет толщина слоя порошка, от которой напрямую зависит степень пропускания. Чем толще слой, тем выше поглощение. Поэтому если задача тестирования – сравнить различные образцы с помощью метода пропускания, то необходимо подготовить пробы с одинаковой толщиной слоя или учитывать этот показатель при сравнении полученных результатов. Если же анализируется степень отражения, то толщина слоя может быть любой (но не менее глубины проникновения луча). Чтобы проанализировать с помощью метода диффузного отражения навеску порошка, толщина слоя которой меньше глубины проникновения луча, образец необходимо экранировать.
Кроме того, характеристики спектра зависят от оптических свойств, плотности, полиморфизма исследуемых материалов.

Одним из методов, получивших широкое распространение в мире для идентификации контрафакта, стал метод спектроскопии ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием (БИК-спектроскопии). Его главными преимуществами являются: скорость анализа, отсутствие или минимальная пробоподготовка (возможность анализа без вскрытия упаковки), получение характеристик как физических, так и химических свойств препарата (идентификация компонентов, определение кристалличности, количественный анализ действующего вещества). Дополнительные различные методы исследования позволяют исследовать образцы разного физического состояния (методы на пропускание, диффузное отражение). Все эти преимущества дают возможность достоверно идентифицировать контрафакт, а так же идентифицировать его производителя. К тому же, БИК-анализаторы благодаря совей конструкции портативны и могут успешно использоваться в мобильных лабораториях.

Изначально БИК-спектрометры использовались для контроля производства лекарственных препаратов на всех уровнях его производства: контроль качества входного сырья, контроль всех производственных процессов (сушка, смешивание) и контроль качества выходной продукции (контроль качества и количественный анализ активных компонентов в готовой продукции). В дальнейшем данный метод получил свое распространение для идентификации контрафакта. С 2000 года были получены и опубликованы результаты проведения идентификации контрафактной продукции на примере лекарств различных производителей. В этих же работах рассматривались различные особенности, влияющие на точность анализа. Основываясь на полученном опыте международные организации по контролю над фальсифицированными препаратами стали внедрять этот метод для идентификации контрафакта как в отдельности, так и в комплексе с другими методами.

Существуют методики, в которых метод БИК используется для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Метод позволяет не только идентифицировать подозрительный образец как наркотик, но и количественно определить содержание действующего вещества.

Это указывает на предпочтение в использование метода Фурье-спектрометра ближней инфракрасной области, как одного из методов для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Для точной идентификации контрафакта, количественного определения активного компонента в препарате, а так же возможность отследить производителя фальсифицированных лекарственных средств либо наркотических препаратов .

На момент приобретения БИК-анализатора НИИЭКЦ при ГУ МВД Украины в Донецкой области, в стране стояла серьезная проблема с производством и распространением трамадола, поэтому первой задачей для БИК было построение методики для идентификации трамадола и его производителя, что позволило бы определить его источник. Впоследствии данный метод был дополнен методикой на решение еще одной задачи - идентификации фальсифицированных лекарственных средств.

Для разработки методов идентификации использовался спектрометр ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием Antaris II производства компании Thermo Fisher Scientific. Внешний вид прибора изображен на рис. 1.4.1.

Рис. 1.4.1. БИК-спектрометр Antaris II.

Конструкция спектрометра позволяет укомплектовать один прибор различными приспособлениями для анализа различных типов образцов.

Спектрометр Antaris II оснащен:

· модулем на пропускания для анализа жидких образцов и пластинок;

· детектором на пропускание для анализа твердых образцов (таблеток, капсул, порошков);

· интегрирующей сферой;

· внешним оптоволоконным зондом.

Детектор для твердых образцов устанавливается над интегрирующей сферой, что позволяет одновременно проводить анализ образца как на пропускание, что дает характеристику всего образца в целом, так и на интегрирующей сфере методом диффузного отражения, что позволяет характеризовать поверхностную область образца. Внешний зонд используется для анализа методом диффузного отражения образцов в нестандартной упаковке, без вскрытия упаковки, а так же жидких образцов. Все вышеперечисленные методы не требуют пробоподготовки или требуют минимальной подготовки и позволяют получить результат в течение 3 минут, не требуют финансовых затрат на реактивы и расходные материалы, и, главное, являются неразрушающими, что позволяет сохранить образец для дальнейшего подтверждения результатов другим методами .

Спектрометр MicroNIR™ Pro - это сверхкомпактный, сверхлегкий и доступный по цене БИК-спектрометр, сочетающий в себе высокопрецизионные оптические компоненты Viavi OSP и самые передовые технологии миниатюризации оптической схемы и прибора в целом. Спектрометр MicroNIR™ Pro - это идеальное решение для различных применений, сочетающее в себе хороший показатель цены и качества, а также простоту использования. Благодаря самому компактном размеру и легкой массе из всех коммерчески доступных решений, БИК-спектрометр MicroNIR™ Pro можно легко и напрямую встроить в большинство аппаратов производственных линий, таких как сушилки псевдокипящего слоя, смесители, роликовые уплотнители, таблетировочные машины для контроля за уровнем влажности или наблюдением за окончанием технологической операции. Сверхкомпактный форм-фактор спектрометра также позволяет применять его в полевых криминалистических исследованиях для идентификации взрывчатых и наркотических веществ.

Обзор технологий

Мобильные и встраиваемые решения для спектрального анализа в ближней ИК-области в настоящее время применяются для качественного и количественного анализа твердых веществ, жидкостей и газов, и идеально подходят для пищевой промышлености и сельского хозяйства, фармацевтической и химической промышенности, а также для экологических исследований. При этом, компактный размер БИК-спектрометра весьма востребован, поскольку именно такие приборы удобно применять в полевых условиях, а также встраивать в промышленные реакторы и машины.

Для изготовления оптического модуля спектрометров MicroNIR применяется запатентованная технология напыления тонкопленочных линейно-перестраиваемых фильтров (LVF). Даные фильтры выступают в роли диспергирующего элемента спектрометра и представляют собой особое тонкое клиновидное одностороннее покрытие. Поскольку длина волны максимума полосы поглощения зависит от толщины покрытия
светофильтра, клиновидная форма LVF-фильтра позволяет пропускать длины волн света последовательно. Таким образом, все оптические решения компании Viavi представляют собой LVF-фильтры, непосредственно совмещеные с диодно-матричным детектором.

Линейно-перестраиваемый фильтр с диодно-матричным детектором, источники света, вспомогательные оптические компоненты и электроника находятся в едином и очень компактном корпусе, обеспечивая непревзойденную гибкость встраиваемых решений и мобильность при полевых работах.

В зависимости от режима измерения и типа образцов спектрометры MicroNIR TM 1700 ES могут комплектоваться различными аксессуарами:

Держатель виал для анализа порошков и некоторых жидкостей
Манжета (включена в стандартную комплектацию) необходима для защиты оптики спектрометра и установки оптимального фокусного расстояния
Манжета с дополнительным защитным окошком служит для анализа порошков, запакованных в пластиковые пакеты.
Модуль для измерения пропускания необходим для анализа жидкостей и тонких пленок.

БИК-спектрометр MicroNIR™ OnSite

БИК-спектрометр MicroNIRTM OnSite - это специальная защищенная версия спектрометра MicroNIR™ 1700 ES, изготовленная в соответствии со стандартом безопасности IP65.Этот спектрометр рекомендуется использовать в экспедиционных условиях, а также при работе в складских помещениях и при криминалистических исследованиях - во всех случаях, где необходима надежная защита от влажности и пыли.
Для еще более безопасной эксплуатации рекомендуется использовать этот спектрометр совместно с защищенными по стандарту IP65 планшетными компьютерами или ноутбуками. Специальная мобильная версия программного обеспечения служит для быстрого и точного количественного анализа и идентификации неизвестных веществ.

БИК-спектрометры MicroNIR™ PAT USB / USB Extended

MicroNIR™ PAT USB и MicroNIR™ PAT USB Extended - это БИК-спектрометры в индустриальном исполнении, предназначенные для установки в промышленное оборудование любого размера. Эти приборы поставляются в защищенном корпусе (в соответствии с IP65), изготовлены из нержавеющей стали марки SS316 для легкой процедуры очистки, и практически не требуют сервисного обслуживания.

БИК-спектрометр MicroNIR™ PAT WE

БИК-спектрометр MicroNIR™ PAT WE - это самое мобильное решение в области портативных промышленных БИК-анализаторов. Для обеспечения быстрых и точных результатов измерений в компактном алюминиевом корпусе расположен спектрометр (с измерительным портом из нержавеющей стали SS316), литий-ионная батарея питания, WiFi-модуль и акселерометрические датчики. Данный прибор можно установить на подвижные части промышленых аппаратов.

Ключевые особенности:

В конструкции спектрометра отсутствуют подвижные компоненты.
Для работы не используются дорогостоящие оптоволоконные кабели.
Корпус анализатора изготовлен из алюминия и нержавеющей стали SS316 и защищен от влаги и пыли в соответстви с IP65.
Сменная литий-ионная аккумуляторная батарея обеспечивает до 8 часов непрерывной работы.
9-осная система ориентации, включающая в себя акселерометр, магнетометр и гироскоп позволяет полностью скомпенсировать измерения в том случае, если прибор установлен на движущемся или вращающемся аппарате.

Обзор программного обеспечения

Программное обеспечение MicroNIR™ Pro представляет собой интуитвно-понятный пользовательский интерфейс, адаптированный к современным персональным и мобильным компьютерам, в том числе и снабженных тачскринами. Данное ПО позволяет не только управлять спектрометрами, но и осуществлять разработку методов измерения и построение калибровочных моделей для качественного и количественного анализа. Программное обеспечение полностью соответствует 21 CFR Часть 11, имеет многоуровневую структуру организации доступа и снабжено всеми необходимыми инструментами для хранения большого числа данных и проведения аудита.

Данные, полученные с помощью ПО MicroNIR™ PRO, можно легко импортировать в мощный программный пакет Unscrambler X компании САМО (данный продукт входит в комплект ПО, поставляемого со спектрометрами MicroNIR™) и выполнить пакетную предварительную обработку спектров, а затем построение классификационных и регрессионных хемометрических моделей. Для качественного анализа доступны алгоритмы моделирования РСА, PLS-DA и SVM, а для количественного PLS, PCR и SVM-R.

ЗООТЕХНИЯ И ВЕТЕРИНАРИЯ

УДК 636.087.72:546.6.018.42 ПРИМЕНЕНИЕ БИК-СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В КОРМАХ

С.И. Николаев, доктор сельскохозяйственных наук И.О. Кулаго, кандидат химических наук С.Н. Родионов, кандидат сельскохозяйственных наук

Волгоградский государственный аграрный университет

В данной работе рассматриваются возможности экспресс метода БИК-спектроскопии для определения количества содержания в кормах неорганических и органических соединений. В результате проведенных исследований была проведена проверка работоспособности построенных градуировок на модельной смеси «зерно - бишофит» для количественной оценки минерального состава биологических образцов. Результаты показывают, что данные градуировки возможно использовать для оценки минерального состава кормовых смесей.

Ключевые слова: БИК-метод, градуировочная модель, бишофит.

БИК-метод основан на измерении спектров отражения или пропускания образцов в спектральном интервале проявления составных частот и обертонов фундаментальных частот колебаний молекул воды, белка, жира, клетчатки, крахмала и других важных компонентов исследуемых проб с последующим расчетом величины показателя по встроенной в анализатор градуировочной модели. Спектральная БИК-область охватывает диапазон длин волн 750-2500 нм (0,75-2,5 мкм) или диапазон волновых чисел 14000-4000 см -1 . Излучение в этой спектральной области имеет большую проникающую способность и одновременно совершенно безопасно для биологических объектов. Благодаря этому, можно анализировать цельное зерно различных культур без какого-либо ущерба для образца. Главными преимуществами БИК-анализаторов являются: экспрессность измерений, отсутствие пробоподготовки и реактивов. Сам процесс анализа занимает 2-3 минуты.

Одним из новых направлений применения БИК-метода в изучении биологических объектов является исследование состава водных растворов.

Из литературных данных известно, что солевые растворы непосредственно неактивны в БИК-области и регистрация сигнала опирается на изменение водородных связей солями.

Типичным примером измерения с помощью спектроскопии ближней ИК-области «неспектральных свойств» вещества является определение солевого состава морской воды. В этой связи значащим становится понятие ИК-сдвигающего агента. Хлористый натрий изменяет структуру воды, модифицируя водородные связи, что отражается на спектрах в ближней ИК-области .

В научных разработках последних лет важное место уделено изучению действий различных макро- и микроэлементов в минеральных добавках на обменные процессы организма животных и птицы и влиянию этих добавок на качественные и количественные показатели производимой продукции.

Как указывает Ва11ои’^ дефицит кормов по аминокислотам и энергии

обычно ведет только к снижению привесов и ухудшению оплаты корма, в то время

как дефицит в минеральных веществах и витаминах может служить причиной различных болезней и даже падежа сельскохозяйственных животных .

Основной источник получения минеральных веществ сельскохозяйственными животными - растительные корма (за некоторым исключением), которые вводят в рацион в качестве минеральных добавок (соль-лизунец - для животных, мел, ракушка - для птицы и т.п.). Минеральный состав кормов колеблется в зависимости от их качества, условий произрастания растений, уровня их агротехники и ряда других факторов, включая так называемую принадлежность к биогеохимической провинции.

Так как элементы минерального питания животные получают с кормом и частично с водой, в этой работе были проведены исследования водных растворов солей (хлорида натрия и хлорида магния) и некоторых органических соединений (сахар, аминокислота) с применением современных спектральных методов с регистрацией сигналов в БИК (ближняя ИК) - области.

Для измерения концентраций водных растворов бишофита с применением БИК-метода была построена градуировочная модель:

1) измерения проводили в 4 точках (положения кюветы);

2) каждая точка сканировалась двадцать четыре раза;

3) измерения начинали с самой низкой концентрации бишофита (1%);

4) каждый образец измерялся три раза, первые два раза при одинаковом заполнении кюветы, третий раз кювета заполнялась заново;

5) образцы были подобраны таким образом, чтобы охарактеризовать три области концентраций.

В результате была получена градуировочная модель для определения концентрации бишофита в воде с коэффициентом корреляции 0,99 (рисунок 1).

Предсказанное значение

;-Н" рк- РП. у.

Референтное значение

Контроль выбросов Критерий: 12"00001

Исключить выделенные спектры

Отменить все изменения

Показатель SEC R2sec

Количество 0.432567 0.999078

Пряная тренда у = 0.0175+0.9991 х

Рисунок 1 - Градуировочная модель бишофита

На рисунке 1 изображена градуировочная модель бишофита построенная на основе растворов бишофита с концентрациями от 1 % до 10 %, от 18 % до 28 %, от 32 % до 42 %.

Градуировочная модель Количественный

SEC SECV | SEV J MD | Образцы с плохим химическим Всего спектров: 48

анализом) Счета | Спектр, нагрузки | Хим. і

Предсказанное значение

I . . 0 5 . . , . . . . 1 . . . . , . 10 15 20

Референтное значение

Показатель:

|Количество

Отображать данные в виде: | График

Контроль выбросов

Критерий: I 2-0000< *SECV Обновить |

Исключить выделенные спектры

Отменить все изменения

Показатель SECV R2secv F Прямая тренда

Количество 0.092000 0.999799 72877.753658 у = -0.0027+ 0.9996 X

Рисунок 2 - Градуировочная модель хлорида натрия

В такой же последовательности для сравнительной оценки была построена градуировочная модель для хлорида натрия. Коэффициент корреляции модели получили 0,99.

На рисунке 2 изображена градуировочная модель раствора хлорида натрия с концентрациями от 1 % до 10 %, от 18 % до 20 %.

Для определения концентрации сахара растворенного в дистиллированной воде в выше изложенной последовательности была построена градуировочная модель. Коэффициент корреляции модели получили 0,99 (рисунок 3).

Градуировочная модель Количество

БЕС 5ЕС\/ | БЕУ) МО | Образцы с плохим химическим аі Всего спектров: 107

м | Счета ] Спектр, нагрузки | Хим. нагрузки |

Предсказанное значение 60-

Референтное значение

Количество

Отображать данные в виде: | График

Контроль выбросов

Критерий: | 2-0000(“БЕСУ Обновить |

Исключить выделенные спектры

Отменить все изменения

Показатель БЕСУ (ггэес/ Р Прямая тренда

Количество 0.218130 0.999851 230092.131072 у =0.0114 + 0.9996 х

Рисунок 3 - Градуировочная модель сахара

На рисунке 3 изображена градуировочная модель раствора сахара с концентрациями от 1 % до 10 %, от 18 % до 28 %, от 40 % до 45 %.

Градуировочная модель Качественная

Рисунок 4 - Распределение градуировочных моделей: 1) Р -аланина, 2) сахара,

3) бишофита, 4) хлорида натрия в единой системе координат Для оценки полученных моделей в координатах двух главных компонент провели качественное сравнение точек распределения градуировочных моделей: 1) Р -аланина, 2) сахара, 3) бишофита, 4) хлорида натрия.

С использованием данных градуировок были проведены следующие исследования. Были приготовлены растворы бишофита с массовой долей растворенного вещества 2 %, 4 %, 10 %, которым смачивали зерно (пшеницы, ячменя, овса). При измерении концентрации раствора бишофита с использованием БИК-метода, которым смачивали зерно (пшеницы, ячменя, овса) были получены следующие данные (таблица 1).

Таблица 1 - Концентрация бишофита

Концентрация раствора бишофита до смачивания зерна (пшеницы, ячменя, овса) Концентрация раствора бишофита после смачивания зерна (пшеницы, ячменя, овса)

пшеница ячмень овес

10 % 10,1 10,2 10,3

При смачивании зерна (пшеницы, ячменя, овса) раствором бишофита с разными концентрациями (2 %, 4 %, 10 %) цвет раствора бишофита изменялся.

В каждом случае раствор бишофита, которым смачивали зерно, окрашивался, возможно, органикой (пигментами) зерна, причем визуально раствор имел более насыщенный цвет при концентрациях бишофита 2 %, при повышении концентрации раствора бишофита интенсивность окраски раствора, которым смачивали зерно, уменьшалась.

Из анализа результатов таблицы 1 видно, что концентрация раствора бишофита (2 %, 4 %, 10 %), которым смачивали зерно (пшеницы, ячменя, овса), практически не изменилась. Зерно поглощало некоторый объем жидкости. После этого неиспользованный раствор сливали и замеряли его объем. Можно предположить, что на зерне (пшеницы, ячменя, овса) осталось то количество соли, которое было растворено в израсходованном объеме бишофита.

Расчеты показали, что при смачивании зерна пшеницы массой 1000 г раствором бишофита с концентрациями (2 %, 4 %, 10 %) на зерне (пшеницы, ячменя, овса) должно остаться количество магния и хлора, указанное в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетное содержание катионов магния и анионов хлора на зерне _______(пшеницы, ячменя, овса), после обработки раствором бишофита_______

Количество магния г, остающееся на зерне массой 1000 г при смачивании бишофитом Количество хлора г, остающееся на зерне массой 1000 г при смачивании бишофитом

2 % 4 % 10 % 2 % 4 % 10 %

Зерно пшеницы 2,4 5,0 11,2 7,1 14,8 33,2

Зерно ячменя 2,0 4,2 10,6 6,1 12,6 31,6

Зерно овса 4,8 9,8 21,2 14,2 29,2 62,8

Для определения количества катионов магния и анионов хлора зерна (пшеницы, ячменя, овса) обработанного раствором бишофита (2 %, 4 %, 10 %), был использован метод капиллярного электрофореза (КЭФ). Исследования проводились на анализаторе Капель 105, использовались методика по определению катионов в кормах М 04-65-2010 разработчик (ООО ЛЮМЭКС), методика по определению анионов в кормах М 04-73-2011 разработчик (ООО ЛЮМЭКС). Исследовалось зерно (пшеницы, ячменя, овса) смоченное раствором бишофита (2 %, 4 %, 10 %). Результаты исследований отображены в таблице 3.

Таблица 3 - Содержание катионов и анионов в зерне (пшеницы, ячменя, овса).

Количество магния, г Количество хлора, г

в 1000 г зерна в 1000 г зерна

Без бишофита Бишофит 2 % о4 4 т и & о ш и Б Бишофит 10 % Без бишофита о4 2 т и & о ш и Б о4 4 т и & о ш и Б Бишофит 10 %

Зерно пшеницы 2,8 4,5 6,7 11,4 3,3 8,5 12,G 22,7

Зерно ячменя 2,4 3,9 5,6 16,G 4,5 5,6 1G,4 26,G

Зерно овса 2,3 6,2 11,6 36,G 4,1 1G,G 26,G 44,G

1. Традиционно привычным в оценке качества воды и кормов считается наличие количества того или иного минерала в воде и кормах, в данном случае мы соприкоснулись с качеством влияния минерала на физико-химические свойства воды и возможно на кормовую смесь.

2. Сравнение двух градуировочных моделей (растворов хлорида натрия и хлорида магния) показало, что градуировочная модель хлорида натрия опирается на спектральный диапазон от 10400 до 10900 см-1, а для бишофита (хлорида магния) от 10100 до 10600 см-1. Из литературных данных известно, что солевые растворы непосредственно неактивны в БИК-области и регистрация сигнала опирается на изменение водородных связей солями.

Следовательно, влияние хлорида натрия на водородные связи в системе соль-вода отличается от влияния хлорида магния на водородные связи в той же системе.

3. В единой системе координат, органические и неорганические компоненты распределялись в определенной последовательности, не перемешиваясь.

4. Рассчитанное количество магния, которое должно было остаться на зерне (пшеницы, ячменя, овса), практически полностью совпадает с фактическим количеством магния, определенным с использованием системы капиллярного электрофореза Капель-105.

Количество хлора значительно меньше рассчитанного.

5. Анализ таблицы 3 показывает, что данные полученные при помощи градуировок БИК-метода подтверждаются исследованиями КЭФ.

6. В результате проведенных исследований была проведена проверка работоспособности построенных градуировок на модельной смеси «зерно - бишофит» для количественной оценки минерального состава биологических образцов. Результаты показывают, что данные градуировки возможно использовать для оценки минерального состава кормовых смесей.

Библиографический список

1. Георгиевский, В.И. Влияние уровня магния в рационе на рост и развитие цыплят -бройлеров [Текст] / В.И. Георгиевский, А.К. Османян, И. Цицкиев // Химия в сельском хозяйстве. - 1973. - № 10. - С. 68-71.

2. Шептун, В.Л. Введение в метод спектроскопии в ближней инфракрасной области [Текст]: методическое пособие / В.Л. Шептун. - Киев: Центр методов инфракрасной спектроскопии ООО «Аналит-Стандарт», 2005. - 85 с.

3. Шмидт, В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов [Текст] /В. Шмидт. -М.: Техносфера, 2007. - 368 с.