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)

NIR analizators XDS Rapid ContentTM

Analyzer with Solids Module

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      

Paldies par uzmanību!

Darbs veikts Eiropas Sociālā fonda līdzfinansētā projektāVidei draudzīgu un ilgtspējīgu laukaugu šķirņu selekcijas tehnoloģiju izstrāde, pilnveidošana un ieviešana praksē Nr. 2009/0218/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/099