Vienošanās Nr. 2009/0218/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/099
Efektīvas tehnoloģijas kvalitātes pazīmju vērtēšanai selekcijā – tuvā
infrasarkanā starojuma (NIR) pielietojums
Mg.biol. Daiga Vilcāne
Valsts Priekuļu laukaugu selekcijas institūts
Vēsture
Tuvo infrasarkano starojumu atklāja 19.gadsimtā britu zinātnieks, viens no astronomijas titāniem –Viljams Heršels
20.gs. piecdesmitajos gados tiek izgatavots pirmais analītiskais instruments.
Sākot ar pagājušā gadsimta 70.-80.gadiem metodi pielieto ķīmiskām analīzēm, bet vēlāk, paplašinoties tehniskām iespējām, pielieto farmācijā, medicīniskajā diagnostikā, zinātnes pētījumos, rūpniecībā un lauksaimniecībā, pārtikas un agroķīmiskās kvalitātes kontrolē.
Turpinās darbs pie analizatoru tehniskās pilnveides, aizvien jutīgāku un precīzāku instrumentu izstrādes.
NIT un NIR
NIRS
Detector
Kartoffelprobe
Detector
NITNIRS
Detector
Kartoffelprobe
Detector
NIT
Monochromator
•NIT 700- 1050 nm viļņu garums, iet cauri paraugam•NIR 400-2500 nm viļņu garums, atstarojas
(Weber, L.,N.U.Haase,2006)
NIR
(Near Infrared Reflection)
200NIRS 6500, Foss Company, Hamburg
1000
2000
NIT
(Near Infrared Transmission)
Infratec 1255, Food & Feed Analyzer, Foss Company, Hamburg
NIT, NIR (spectrum)
Wellenlänge
!
!
! ! ! !!
!
!! !
!!
848 896 944 992 1040 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3Extinction E
NIT
!
!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!
!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!
!
!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!
!!!!!!!!!
Wellenlänge0
0,5
1
1,5
2
2,5Extinction E
400 2400
NIR
X<-H O-HC-H
N-HS-H
C=O
X-H O-HC-H
N-HS-H
C=O(Weber, L.,N.U.Haase,2006)
Kartupeļu paraugu sagatavošana skanēšanai tuvā infrasarkanā starojuma analizatoros
Ņem paraugu 30 kartupeļu bumbuļus, mazgā, nosusina Kartupeļus ar griezējmašīnu sagriež kubiņos 1x1cm, kārtīgi samaisa Daļu parauga (ap 750ml) samaļ un homogenizē malšanas iekārtā. Homogēno paraugu nekavējoties pilda analizatora trauciņā un veic skanēšanu. Ja
skanē kalibrējumu izveidošanai, veic 3 atkārtojumus. Ikdienas analīzēm- 2 atkārtojumi.
No svaigā, homogenizētā parauga ņem paraugu sausnas satura noteikšanai. Visus pārējos izmeklējumus veiks no iesaldētās parauga daļas, kas tiks liofilizēta un iegūti kartupeļu milti.
Atlikušo sagriezto kartupeļu paraugu pilda maisiņos iesaldēšanai -200C temperatūrā, marķē. Iesaldē.
Kartupeļu sagatavošana skanēšanai, skanēšana
Zem tekoša ūdens nomazgā kartupeļus, nosusina.
Griež kartupeļus kubiņos ap 1x1cm, samaisa. Piepilda malšanas iekārtas mērkrūzi 2/3 no tās
tilpuma. Uzliek mērkrūzei noslēdzošo vāku, aizver iekārtu. Kartupeļu paraugu maļ 1 minūti pie 7000
apgr./1min. Kad malšanas cikls beidzies, iekārta atveras automātiski.
Nekavējoties ar karotīti ņem ap 12 ml homogēnā parauga un iepilda šķidrajiem paraugiem paredzētajā analizatora trauciņā.
Noslēdz trauciņu ar skrūvējamu vāciņu. Sagatavoto paraugu ievieto analizatorā, traukam
atbilstošajā turētājā, nocentrē. Programmā ievada informāciju par paraugu.
Analizators veic parauga skanēšanu 1.6 minūšu laikā.
Izņem paraugu no analizatora, mazgā, žāvē malšanas iekārtu un analizatora trauciņu, sagatavo tos darbam ar nākamo paraugu.
Miltu paraugu skanēšana
Miltu paraugu 100-120g samaisa. Ar karotīti piepilda miltu skanēšanai
paredzēto trauciņu. Trauciņu noslēdz ar kartona vāciņu, stingri
izlīdzinot un uzspiežot. Ar birstīti, pieslēgtu putekļsūcējam, notīra
trauciņu. Sagatavoto paraugu ievieto analizatorā,
traukam atbilstošajā turētājā, nocentrē. Programmā ievada informāciju par paraugu.
Analizators veic parauga skanēšanu 1.2-1.5 minūšu laikā.
Izņem paraugu no analizatora, tīra un sagatavo trauciņu nākamajam paraugam, izmantojot putekļu sūcēju.
Rezultātu nolasīšanaNIR tehnoloģija ir kā „supermikroskops” - tā redz parauga
virsmu un iekļūst pašās molekulās. Ir jāiemāca instrumentu atpazīt to, ko tas redz (Williams Ph.,Norris K.,1987).
NIR tehnoloģiju priekšrocības
Ātrākas
Lētākas
Nav jālieto ķīmiskas vielas
Daudzas sastāvdaļas ir vieglāk nosakāmas, nekā pielietojot citas metodes
Iespēja analizēt lielu paraugu skaitu un iegūt ātru rezultātu
Kopsavilkums par apgūto pieredzi NIR pielietošanā projekta laikā
Vācijā, Max-Rubner institūtā, Detmoldā, kas ir Federal Research Centre for Nutrition and Food, Department of Safety and Quality of Cereals, apgūta o metodika kartupeļu kvalitatīvo pazīmju izpētei, o kartupeļu un graudaugu paraugu sagatavošanas tehnika skanēšanai NIR
instrumentos, o kalibrējumu izveidošana.
Igaunijā , Jogevas augu selekcijas institūtā, strādājot ar NIR analizatoru XDS Rapid ContentTMAnalyzer with Solids Module, gūtas praktiskās iemaņas o kartupeļu un graudaugu paraugu sagatavošanā skanēšanai, o skanēšanā, o references rezultātu ievadīšanā un datu apstrādē.
Kopsavilkums par apgūto pieredzi NIR pielietošanā projekta laikā
Rezultāti: Izstrādāti darba apraksti paraugu
sagatavošanai un skanēšanai. Veiktas analīzes kvalitatīvo pazīmju
noteikšanai ar references metodēm, kas nepieciešamas kalibrējumu izveidošanai.
Izveidoti kalibrējumu modeļi
RSQ=(0,1331-0,9935)
Nākotnes plāni: Turpināt darbu pie kalibrējumu
precizitātes uzlabošanas Jaunu kalibrējumu izveidošanas
Mieži Kvieši Tritikāle Kartupeļi
Sausna 0,9755 0,9935 0,9459 0,8379 Lizīns 0,8915 0,9294 0,9441 Treonīns 0,9019 0,9392 0,9308 Arginīns 0,8906 0,9504 0,9443 Leicīns 0,9479 0,9515 0,9446 Izoleicīns 0,9078 0,9446 0,9438 Valīns 0,8895 0,9398 0,9432 Triptofāns 0,8858 0,9368 0,9107 Prolīns 0,8704 0,9192 0,9495 Histidīns 0,8580 0,9229 0,9371 Mitrums 0,9735 Fe 0,2804 Zn 0,8684 0,3417 Mn 0,7062 Šķiedrviela 0,7239 E vit. 0,7244 C vit. 0,1331 B1 vit. 0,6491 B2 vit. 0,6513 Lunasīns 0,3162 Ciete 0,7502Hakonīns 0,2914Glikoalkaloīdi 0,2947B-glikāni 0,8839