SU1497538A1 - Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique - Google Patents

Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique Download PDF

Info

Publication number
SU1497538A1
SU1497538A1 SU874216257A SU4216257A SU1497538A1 SU 1497538 A1 SU1497538 A1 SU 1497538A1 SU 874216257 A SU874216257 A SU 874216257A SU 4216257 A SU4216257 A SU 4216257A SU 1497538 A1 SU1497538 A1 SU 1497538A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
residual moisture
fid
slow
dry
amplitudes
Prior art date
Application number
SU874216257A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Щепкин
Владимир Яковлевич Волков
Юрий Григорьевич Руденко
Галина Николаевна Федюкина
Александр Иванович Иванников
Original Assignee
Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии filed Critical Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии
Priority to SU874216257A priority Critical patent/SU1497538A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1497538A1 publication Critical patent/SU1497538A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к биотехнологии ,в частности, к анализу сухих микробных препаратов, ферментов и других протоносодержащих сухих веществ, и может быть использовано в микробиологической, фармацевтической, медицинской, пищевой и других област х народного хоз йства. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений в сторону малых остаточных влажностей. В способе производ т регистрацию всей видимой части сигнала свободной индукции, определ ют значени  амплитуд медленной и быстрой компонент спада свободной индукции в нулевой момент времени, врем  поперечной релаксации медленной компоненты и по определенной зависимости определ ют влажность. По времени поперечной релаксации медленной компоненты суд т о качестве высушивани  образца путем сравнени  с эталонным значением. 3 ил.The invention relates to biotechnology, in particular, to the analysis of dry microbial preparations, enzymes and other proton-containing solids, and can be used in microbiological, pharmaceutical, medical, food and other areas of the national economy. The aim of the invention is to extend the measurement range towards low residual moisture. In the method, the entire visible part of the free induction signal is recorded, the amplitudes of the slow and fast components of the free induction decay at zero time are determined, the transverse relaxation time of the slow component and the humidity are determined according to a definite dependence. By the time of transverse relaxation of the slow component, the quality of the drying of the sample is judged by comparison with the reference value. 3 il.

Description

В способе измер ют всю видимую часть ССИ после воздействи  90 -ным высокочастотным ВЧ-импульсом, определ ют значение амплитуд компонент ССИ (Н и Hj) в нулевой момент времни (в середине ВЧ-импульса),In the method, the entire visible part of the FID is measured after being exposed to a 90 HF high frequency pulse, the amplitude of the FID components (H and Hj) is determined at time zero (in the middle of the high frequency pulse)

Остаточна  влажность может быть оп{)еделена из линейной зависимости Residual moisture can be determined {) eaten out of a linear relationship.

,(1),(one)

где В - остаточна  влажность биопрепарата в г на 100 г сухого остатка; X - отношение между амплитудами медленной и быстрой компонент ССИ, %; К - калибровочный коэффициентаwhere B is the residual moisture of the biological product in g per 100 g of dry residue; X is the ratio between the amplitudes of the slow and fast component of the FID,%; K - calibration factor

равный удельному массовому содержанию протонов в сухом остатке относительно воды; D - калибровочный коэффициент, равный значению величины КХ сухого остатка.equal to the specific mass content of protons in the dry residue relative to water; D is a calibration factor equal to the value of KX of the dry residue.

Характеризу  биопрепарат по остаточной влажности, важно знать не только количество влаги, но и как она распределена в биопрепарате. Не- ра номерность распределени  влаги с Ьдной стороны обусловлена вещест- вейным составом биопрепарата, а с другой - может создаватьс  самим про цессом высушивани .Characterizing a biological product by residual moisture, it is important to know not only the amount of moisture, but also how it is distributed in the biological product. The number of moisture distribution on the one side is due to the material composition of the biological product, and on the other, it can be created by the drying process itself.

В первом случае вода в сухом бис- препарате распределена неравномерно между компонентами, вход щими в его состав. Например, микробиологические биопрепараты содержат защитную среду (до 40% сухого веса биопрепара та), котора  высушиваетс  практичес™ ки полностью до 0,2-0,4%, в то врем  как клетки микроорганизмов после лиофилизации имеют влажность 6-7%„ Наход сь в одном биопрепарате, эти компоненты создают среднюю влажность Если состав биопрепарата может мен тьс , то средн   влажность очевидно не будет отражать влажность вход щих в него клеток микроорганизмов. Избыточна  влажность клеток микроорганизмов может быть скомпенсирована избыточным количе,ством защитной среды и средн   влажность сохранитс . Однако избыточна  влажность клеток в«гдвт к возрастанию Tj, что можно контролировать ЯМР методом.In the first case, the water in the dry bis preparation is unevenly distributed between the components included in its composition. For example, microbiological biological preparations contain a protective medium (up to 40% of the dry weight of a biological preparation), which is dried almost completely to 0.2-0.4%, while the cells of the microorganisms have a moisture content of 6-7% after in a single biological preparation, these components create an average moisture content. If the composition of a biological preparation can vary, then the average humidity obviously will not reflect the humidity of the microorganism cells entering it. Excessive moisture in the cells of microorganisms can be compensated for by an excess amount of protective environment and the average humidity is preserved. However, the excessive moisture of the cells in gdvt to an increase in Tj, which can be controlled by the NMR method.

Во втором случае неравномерность распределени  влаги в биопрепаратеIn the second case, the uneven distribution of moisture in the biological product

св зана с процессом самого высушивани  . Она возникает при высушивании в толстом слое из-за краевв1х эффектов , либо в результате оттаивани , при лиофилизации (потер  вакуума, несоблюдение температурного режима высушивани  и т.д.). Все это ведет к возрастанию эффективного значени  медленной компоненты.associated with the drying process itself. It occurs when dried in a thick layer due to marginal effects, or as a result of thawing, during lyophilization (loss of vacuum, non-observance of the temperature mode of drying, etc.). All this leads to an increase in the effective value of the slow component.

Величина поперечной релаксации медленной компоненты в обоих указанных выше случа х, отража  состо ние воды в образце, характеризует качество высушивани .The magnitude of the transverse relaxation of the slow component in both the above cases, reflecting the state of water in the sample, characterizes the quality of drying.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Образец фасуют в ампулу и помещают в термошкаф дл  предварительного нагрева образца, например, до 38 С. Значение температуры некритично, важно ее посто нство как дл  калибровки так и дл  процесса измерени . В этом заключаетс  предварительна  подготовка образца. При измерении большого количества образцов така  подготовка лишь незначительно увеличивает врем  на одно измерение,The sample is packaged in a vial and placed in a heating chamber for preheating the sample, for example, up to 38 ° C. The temperature is not critical, its stability is important both for calibration and for the measurement process. This is the preliminary preparation of the sample. When measuring a large number of samples, such preparation only slightly increases the time by one measurement,

Образец из термошкафа помещаетс  затем в датчик ЯМР прибора. Прикладываетс  90°-ный импульс и измер етс  весь ССИ с помощью амплитудного цифрового преобразовател  (АДП). Результат запоминаетс  в буферной пам ти микропроцессора. Температура образца при измерении поддерживаетс  такой же как и в термошкафу. Амплитуды медленной (Н) и быстрой (Н) компонент ССИ в нулевой момент времени и врем  поперечной релаксации медленной компоненты определ ют путем аппроксимации видимых частей сигнала гауссовыми функци ми. Из соотношени  этих компонент получаем значение X.A sample of the heating cabinet is then placed in the NMR sensor of the instrument. A 90 ° pulse is applied and the entire FID is measured using an amplitude digital converter (ADP). The result is stored in a microprocessor buffer memory. The sample temperature during the measurement is maintained the same as in the heating cabinet. The amplitudes of the slow (H) and fast (H) component of the FID at the zero time point and the transverse relaxation time of the slow component are determined by approximating the visible parts of the signal with Gaussian functions. From the ratio of these components, we obtain the value of X.

Дп  диапазона малых остаточных влажностей (2-9%) величина К в формуле (О может быть определена одним из трех методов: I вычислена теоретически, если известен основной химический состав биопрепарата, определ ют количество протонов на единицу веса сухой части и дел т на соответствующую величину дл  воды,In the range of low residual moisture (2–9%), the K value in the formula (O can be determined by one of three methods: I calculated theoretically if the basic chemical composition of the biological product is known, the number of protons per unit weight of the dry part is determined and divided by value for water

22

котора  равна 73 II определена экс 1 оwhich is equal to 73 ii determined ex 1 about

периментально из отношени  амплитуд ЯМР, приход щихс  на единицу веса, дл  одинакового объема сухого биопреperimeterly from the ratio of the NMR amplitudes per unit weight for the same volume of dry biopsy

парата и воды; III путем построени  линейной калибровочной зависимости дл  р да эталонных образцов методом наименьших квадратов.parata and water; III by constructing a linear calibration dependence for a series of reference samples using the least squares method.

Величина D определ етс , как значение КХ дл  абсолютно сухого образца . Наиболее удобно ее определ ть ио образцам с известной влажно стью.The D value is defined as the KX value for a completely dry sample. It is most convenient to determine it with samples with a known humidity.

Дл  диапазона остаточных влажнос- тей 9% значени  калибровочных коэффициентов К и D сохран ютс , если в состав биопрепарата не вход т легко- растворимые в воде вещества (наприме ферменты, ДНК и др.). При наличии в составе биопрепарата легкорастворимых веществ линейна  зависимость (1) остаетс , величина К уменьшаетс  а значение К и D определ ютс  по III методу.For a residual moisture range of 9%, the values of the calibration coefficients K and D are preserved if the composition of the biopreparation does not include readily water-soluble substances (for example, enzymes, DNA, etc.). In the presence of readily soluble substances in the composition of the biological product, the linear relationship (1) remains, the value of K decreases, and the value of K and D are determined according to method III.

По времени поперечной релаксации медленной компоненты суд т о качес.т- ве высушивани  образца путем сравнени  с эталонным значением.In terms of the transverse relaxation time of the slow component, the quality of sample drying is compared by comparison with the reference value.

Пример 1. Рассмотрим измерение остаточной влажности в пекарских дрожжах. Дл  получени  образцов с различной влажностью лиофилизирован- ныё клетки дрожжей помещались на врем  в эксикатор в атмосферу 100%-ной относительной влажности.Example 1. Consider the measurement of residual moisture in Baker's yeast. To obtain samples with different humidity, the lyophilized present yeast cells were placed for a time in a desiccator in an atmosphere of 100% relative humidity.

После эксикатора образец помещалс  в ампулу и выдерживалс  в термошкафу при .After the desiccator, the sample was placed in an ampoule and kept in a heating cabinet at.

Полученные образцы первоначально измер лись на спектрометре ЯМР SxP- 100, затем этот же образец подвергалс  досушиванию (105 -1ч). Результаты измерений приведены на фиг. 2,The obtained samples were initially measured on an SxP-100 NMR spectrometer, then the same sample was dried (105-1 hours). The measurement results are shown in FIG. 2,

Сигнал свободной индукции измер лс  на частоте 90 мГц после 90° в.ч. импульса 2,5 мкс. Период запуска равн лс - 3с, число накоплений 10,The free induction signal was measured at a frequency of 90 MHz after 90 ° c.h. pulse 2.5 µs. The launch period is equal to ls - 3s, the number of savings is 10,

Следовательно, само измерение за- нимало 30 с. ССИ измер ли каждые 0,5 МКС. Все амплитуды за вычетом базовой линии записывались в 1024 канала микропроцессора.Consequently, the measurement itself took 30 seconds. FID was measured every 0.5 ps. All amplitudes minus the baseline were recorded in 1024 microprocessor channels.

Вес образца составл л 200 мг. Медленна  и быстра  компонента ССИ аппроксимировались гауссовыми функци ми , зоны аппроксимации выбирались Од 50-70 мкс, 0,2 10-20 мкс (фиг. 1). Врем  математической обработки составл ло Ci i О с ,The sample weight was 200 mg. The slow and fast component of the FID was approximated by Gaussian functions, the approximation zones were chosen at Ou 50–70 μs, 0.2 10–20 μs (Fig. 1). The time for mathematical processing was Ci i O c,

Величина К была вычислена теоретически и оказалась равной ,11 The value of K was calculated theoretically and was equal, 11

00

5five

00

5five

Экспериментальное значение получеп- но из графикаThe experimental value is obtained from the graph

,27iO,14,.D(19,li2,6)%., 27iO, 14, .D (19, li2,6)%.

Указанное соответствие величин К при измерении широкого круга объектов значительно упрощает и сокращает процесс калибровки. Дл  большинства микробных биопрепаратов, биополимеров и других протонсодержащих веществ величина , поэтому определение значени  этого коэффициента отпадает.The indicated correspondence of K values when measuring a wide range of objects greatly simplifies and shortens the calibration process. For most microbial biologics, biopolymers, and other protic substances, the value is therefore a determination of the value of this coefficient is eliminated.

Ошибка ЯМР измерени  остаточной влажности в абсолютных единицах составл ла ±0,5%.The NMR error of measuring the residual moisture in absolute units was ± 0.5%.

Измерение остаточной влажности в указанных образцах по способу прототипа оказалось практическ невозможным из-за большой ошибки измерени , котора  составл ла ±3%.Measurement of the residual moisture in these samples according to the prototype method turned out to be practically impossible due to the large measurement error, which was ± 3%.

Дл  диапазона остаточных влажнос- тей 9% св зь ЯМР параметра X и В остаетс  линейной с коэффициентамиFor a residual moisture range of 9%, the NMR link of the parameter X and B remains linear with the coefficients

,27±0,016, ,91±0,49%., 27 ± 0,016,, 91 ± 0,49%.

Коэффициенты получены методом наименьших квадратов согласно графика на фиг. 2.The coefficients are obtained by the method of least squares according to the graph in FIG. 2

Врем  Т. медленной компоненты составл ло 150 мкс. При неоднородном высушивании, частичном оттаивании при лиофилизации значение Т .увеличивалось до 400 мкс и более.The time T. of the slow component was 150 µs. With non-uniform drying, partial thawing during lyophilization, the T value increased to 400 μs or more.

Пример2. В качестве объекта небиологической природы возьмем про- тонсодержащее вещество, адсорбирующее воду и не имеющее растворимых в « воде веществ. Примером этому могут служить ионообменные смолы, напри0Example2. As an object of nonbiological nature, we take a proton-containing substance that adsorbs water and does not have substances soluble in water. An example of this is ion exchange resins, for example

5five

45 45

мер, КБ-4П2 в натриевой форме.measures, KB-4P2 in sodium form.

Отличие насто щих измерений от примера 1 заключаетс  в том, что зона 0 (фиг. 1) была от 100 мкс до 200 мкс. Результаты ЯМР измерений и досушивани  (105° - 1 ч) приведены на фиг. 3. В диапазоне остаточных влажностей 0-130% наблюдаетс  линей- Q на  зависимость.The difference between the present measurements and Example 1 is that zone 0 (Fig. 1) was from 100 µs to 200 µs. The results of NMR measurements and drying (105 ° - 1 h) are shown in FIG. 3. In the range of residual humidity of 0-130%, a linear-Q dependence is observed.

Параметры калибровочного уравнени  (3), полученные методом наименьших квадратов, равныThe parameters of the gauge equation (3), obtained by the least squares method, are

,42±0,02, ., 42 ± 0.02,.

Дл  сравнени  величина V была вычислена теоретически и  химической формулы КБ-4П2 в натриевой форме: .42.For comparison, the value of V was calculated theoretically and the chemical formula KB-4P2 in the sodium form: .42.

Отсюда видно, что знание химического состава может полностью сн ть проблему калибровки.This shows that knowledge of the chemical composition can completely eliminate the problem of calibration.

Ошибка измерени  остаточной влаж- ности дл  КБ-41Т2 не превышала ±0,4% в абсолютных единипах.The error in measuring the residual moisture for KB-41T2 did not exceed ± 0.4% in absolute units.

Анализ различных образцов ионообменной смолы показал, что врем  поперечной релаксацни Т медленной Компоненты дл  одной и той же остаточной влажности может измен тьс  от партии к партии. Величина Т/ в некоторых образцах возрастала до двух раз. Причем это различие сохран лось во всем диапазоне, влажностей.Analysis of various samples of ion exchange resin showed that the transverse relaxation time T slow Components for the same residual moisture can vary from batch to batch. The value of T / in some samples increased to two times. Moreover, this difference was preserved throughout the whole range of humidity.

Ионообменна  смола, имеюща  меньшее врем  релаксации Т медленной компоненты , сильнее св зьшает воду. Следовательно , в данном случае Т позво- л ет сортировать смолу по адсорбцион- ным свойствам.The ion exchange resin, which has a shorter relaxation time T of the slow component, more strongly binds water. Therefore, in this case T allows sorting the resin by adsorption properties.

Claims (1)

Таким образом, предлагаемьй способ позвол ет измер ть остаточную влажность биопрепаратов начина  с 2-3% с ошибкой, не превышающей 0,5%, а также контролировать качество высушивани  образцов. Формула изобретени Thus, the proposed method allows to measure the residual moisture of biological products starting with 2-3% with an error not exceeding 0.5%, and also to control the quality of drying of the samples. Invention Formula Способ определени  остаточной влажности в сухих веществах импульсMethod for determination of residual moisture in dry substances impulse ным методом  дерного магнитного резонанса , основанный на измерении сигнала свободной индукции (ССИ) после воздействи  на сухое Вещество, содержащее протоны, 90°-ным высокочастотным импульсом и определении значений амплитуд медленной и быстрой компонент ССИ, отличающий- с   тем, что, с целью расширени  диапазона измерений в сторону малых остаточных влажностей, регистрируют всю видимую часть ССИ, наход т ам- пЛйтуды сигналов компонент в нулевой момент времени путем экстрапол ции по гауссовому закону и определ ют остаточную Влажность по линейной зависимостиnuclear magnetic resonance method, based on measuring the free induction signal (FID) after exposure to a dry substance containing protons, with a 90 ° high-frequency pulse and determining amplitude values of the slow and fast FID component, in order to the measurement range towards low residual moisture, record the entire visible part of the FID, find amplitudes of the component signals at zero time by extrapolation according to Gaussian law, and determine the residual Humidity linear dependence ,, где В - остаточна  влажность;where B is residual moisture; X - отношение между амплитудами медленной и быстрой компонент ССИ;X is the ratio between the amplitudes of the slow and fast components of the FID; К - калибровочный коэффициент, .равный удельному массовому содержанию протонов в сухом остатке относительно воды; K is a calibration factor, equal to the specific mass content of protons in the dry residue relative to water; D - значение КХ сухого остатка.D is the KH value of the dry residue. В.ч. импульсV.ch. pulse Фаг.ГPhage.G В,%AT,% 12,5- ЩО7 .5sA12.5-SHO7 .5sA 25О О .25 About Oh. 100 76.0100 76.0 гг.о 28.0 ао л.% Фиг,гyy.o 28.0 ao l.% Fig, g В.% ЩО120 .0- 90.0що30 ,0Century% ShchO120 .0– 90.0 shcho30, 0
SU874216257A 1987-03-26 1987-03-26 Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique SU1497538A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874216257A SU1497538A1 (en) 1987-03-26 1987-03-26 Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874216257A SU1497538A1 (en) 1987-03-26 1987-03-26 Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1497538A1 true SU1497538A1 (en) 1989-07-30

Family

ID=21293226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874216257A SU1497538A1 (en) 1987-03-26 1987-03-26 Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1497538A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008082325A2 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Kazan State University Method for determining paraffin and asphalthene content in oil
CN105588851A (en) * 2015-12-22 2016-05-18 江苏省农业科学院 Method for representing far infrared dried agaricus bisporus drying end point on basis of moisture distribution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Абрагам А. Ядерный магнетизм. М.: ИЛ, 1963, гл. X, с. 392. Messer R. Schnelle Wassergehalt sbestimmung in Zibensmitteln mit Hilfe der gepulsten keruresonanz Spectroscopy, Fortschritt - Berichte der VDI Zeitschriften 1980, Reiche 14, № 22, s. 67. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008082325A2 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Kazan State University Method for determining paraffin and asphalthene content in oil
WO2008082325A3 (en) * 2006-12-28 2008-09-04 Kazan State University Method for determining paraffin and asphalthene content in oil
CN105588851A (en) * 2015-12-22 2016-05-18 江苏省农业科学院 Method for representing far infrared dried agaricus bisporus drying end point on basis of moisture distribution
CN105588851B (en) * 2015-12-22 2018-05-08 江苏省农业科学院 Method based on moisture distribution characterization far-infrared ray drying White mushroom drying terminal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karmas et al. Effect of glass transition on rates of nonenzymic browning in food systems
Wierbicki et al. Water content of meats, determination of water-holding capacity of fresh meats
Kruggel et al. Near-infrared reflectance determination of fat, protein, and moisture in fresh meat
US5112745A (en) Rapid identification of microbial organisms and determination of antibiotic sensitivity by infrared spectroscopy
Shelef et al. Use of a titrimetric method to assess the bacterial spoilage of fresh beef
SU1497538A1 (en) Method of determining residual moisture in dry substances by nuclear magnetic resonance technique
STEWART et al. Detection of irradiation in scampi tails—effects of sample preparation, irradiation dose and storage on ESR response in the cuticle
Roudaut et al. Mobility of lipids in low moisture bread as studied by NMR
赤羽孝之 et al. Studies on fish meat gels-II. Application of differential scanning calorimetry to food technological study of fish meat gels.
Brosio et al. A pulsed low‐resolution NMR study of water binding to milk proteins
Llewellyn et al. The detection and estimation of soya protein in food products by isoelectric focusing
Schmidt Determination of moisture content by pulsed nuclear magnetic resonance spectroscopy
Leiker et al. Accelerated drying of single hardwood boards by combined vacuum-microwave application
GB2261072A (en) Nmr analysis of fat content in mixtures, using chemical drying
NASSOS et al. Comparison of HPLC and GC methods for measuring lactic acid in ground beef
Fung et al. Rapid methods and automated procedures for microbiological evaluation of seafood.
BENJAMIN et al. Development of oven and Karl Fischer techniques for moisture testing of grass seeds
RU2090875C1 (en) Method of determination of residual humidity of biopreparations
Rottem et al. Outer membrane proteins of smooth and rough strains of Proteus mirabilis
Field et al. A simple method for estimating amount of red marrow present in mechanically deboned meat
SU1043537A1 (en) Foodstuff fatness quantitative determination method
Kent et al. Estimation of the fat content of minced meat using a portable microwave fat meter
GOLDSMITH et al. Kinetics of heat coagulation of egg albumin determined by water binding and rheological measurements
SU1221561A1 (en) Method of determining content of erucic acid
Nola et al. Bound and free water determination by pulsed nuclear magnetic resonance. A method for data analysis in the presence of exchange