Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) уже давно вважається одним із найточніших методів дослідження структури речовин. Протягом десятиліть ця технологія залишалася доступною лише великим дослідницьким центрам і спеціалізованим лабораторіям через високу вартість обладнання, складну інфраструктуру й дороге обслуговування.
Сьогодні ситуація змінилася: завдяки розвитку настільних ЯМР-спектрометрів метод став значно доступнішим, а сучасні рішення дають змогу виконувати високоточний аналіз без кріогенів, окремого приміщення та постійних експлуатаційних витрат. Одним із лідерів цього напряму є канадська компанія Nanalysis, настільні ЯМР-спектрометри якої тепер є в асортименті «Хімлаборреактиву».
Що таке ЯМР і як Nanalysis зробила його доступнішим
ЯМР (ядерний магнітний резонанс; Nuclear Magnetic Resonance, NMR) – один з найпотужніших методів аналізу речовин, який допомагає буквально «побачити» будову молекули, не руйнуючи її.
Принцип роботи ЯМР ґрунтується на взаємодії ядер, які мають власний магнітний момент (спін) із сильним магнітним полем. Після впливу радіочастотного імпульсу ядра випромінюють сигнал, який реєструється спектрометром. Характер цього сигналу залежить від хімічного оточення кожного атома, тому його аналіз дозволяє визначити структуру, склад і чистоту досліджуваної речовини.
За допомогою ЯМР можна:
- Визначати структуру нових органічних сполук
- Оцінювати чистоту продукту
- Проводити кількісний аналіз сумішей (qNMR)
- Досліджувати просторову будову молекул (стереохімію)
На відміну від класичних лабораторних ЯМР із надпровідним кріомагнітом, настільні прилади Nanalysis використовують постійний рідкоземельний магніт (NdFeB у конфігурації Гальбаха). Завдяки цьому вони не потребують рідкого гелію, рідкого азоту чи окремого приміщення. Прилад повністю зібраний в одному компактному корпусі, живиться від звичайної розетки, має сенсорний екран і вбудоване програмне забезпечення для збору та опрацювання даних.
За принципом роботи метод не відрізняється від «великого» ЯМР: проба готується в стандартній ампулі (5 мм), потрібно лише 0,5–0,7 мл розчинника. Різниця – у доступності, розмірі й вартості володіння.
Переваги настільних ЯМР-спектрометрів Nanalysis
Настільні ЯМР-спектрометри Nanalysis розроблені так, щоб максимально спростити використання одного з найпотужніших методів аналітичної хімії. Розглянемо ключові переваги цих приладів, які відрізняють їх від традиційних ЯМР-систем.
- Компактність розміщення:
- Прилад ставиться прямо на лабораторний стіл поряд з місцем відбору проб
- Розсіяне магнітне поле (лінія 2 Гаус) утримується в межах корпусу – спектрометр безпечно розміщувати поруч із людьми та іншим обладнанням
- Не потрібні окреме приміщення, спеціальна вентиляція чи підготовка стабілізації, прилад живиться від звичайної розетки
- Нуль розхідників і постійних витрат:
- Постійний магніт – не потрібні рідкий гелій, рідкий азот
- Немає газів-носіїв (як у газовій хроматографії), а також колонок і трубок (як у рідинній хроматографії)
- Мінімум розчинників та відходів: близько 0,5–0,7 мл розчинника на пробу
Після придбання ЯМР-спектрометр майже не створює постійних експлуатаційних витрат – головна економічна перевага цього рішення.
- Простота використання:
- Сенсорний екран (працює навіть коли ви в рукавичках) і вбудоване ПЗ: збір та опрацювання даних виконуються безпосередньо на приладі
- Автоматичне шимування, стандартні ампули на 5 мм – мінімум ручних налаштувань
- Автоматизація кількісного аналізу (qNMR) «за один клік», віддалений доступ зі смартфона, планшета чи ПК, інтеграція через API
- Приладом можуть користуватися неспеціалісти, це робить його чудовим навчальним інструментом
Сфери застосування:
- Освіта й наука – навчання принципів ЯМР-спектроскопії, виконання лабораторних робіт, дослідницькі проєкти, аналіз власних зразків студентами (модель 60Teach)
- Фармацевтика й біотехнології – вхідний і вихідний контроль якості (QA / QC), ідентифікація речовин, кількісний аналіз (qNMR), визначення чистоти API та допоміжних речовин, виконання фармакопейних методик і дослідження стабільності препаратів
- Синтетична хімія та R&D – підтвердження структури синтезованих сполук, контроль перебігу реакцій, оцінювання ступеня перетворення реагентів, визначення чистоти кінцевого продукту, оптимізація умов синтезу
- Полімери й матеріалознавство – аналіз складу полімерів, визначення ступеня заміщення та функціоналізації, контроль якості полімерної сировини й готових матеріалів, дослідження поліуретанів та інших функціональних матеріалів
- Харчова промисловість – контроль якості сировини та готової продукції, підтвердження автентичності, визначення складу, виявлення домішок і фальсифікацій
- Нафта, газ та енергетика – аналіз сировини й нафтопродуктів, контроль технологічних процесів, дослідження палив, мастильних матеріалів і компонентів акумуляторних систем
- Криміналістика та судово-хімічна експертиза – ідентифікація невідомих речовин, аналіз наркотичних засобів і психоактивних сполук, визначення кількісного вмісту діючих компонентів без руйнування зразка
- Технологічний контроль (Reaction Monitoring / PAT) – моніторинг реакцій у режимі реального часу, автоматизований контроль процесів, оптимізація виходу продукту, інтеграція з проточними комірками (Flow Kit) і автоматизованими виробничими лініями
Модельний ряд
Лінійка настільних ЯМР складається з трьох основних моделей та набору аксесуарів:
|
Модель |
Поле |
Можливості та ядра |
Кому підходить |
|
100 МГц (2,35 Тл) |
Найвище поле серед настільних ЯМР. Мультиядерні 1D та 2D; градієнти, проточні комірки, автосамплер. Ядра: ¹H/¹⁹F, +¹³C, ³¹P, ⁷Li тощо |
Найскладніші завдання, максимальна роздільність – дослідження, R&D, вимогливий QC |
|
|
Nanalysis-60 (новинка, 2025) |
60 МГц (1,4 Тл) |
Побудований на платформі Nanalysis-100: фазочутливі експерименти, градієнти, проточні комірки, автосамплер, розширена автоматизація |
Оптимальний баланс ціни й можливостей для промислових та рутинних лабораторій |
|
60 МГц |
Спрощена модель, ¹H. Студенти самостійно набирають, обробляють і розшифровують спектри власних зразків |
Навчання: ЗВО, коледжі, базові аналітичні задачі |
Аксесуари та програмне забезпечення
Настільні ЯМР-спектрометри Nanalysis можна адаптувати під різні аналітичні задачі завдяки додатковим аксесуарам і спеціалізованому програмному забезпеченню.
Моделі Nanalysis-60 та Nanalysis-100 сумісні з автосамплером AUTOsample, який оснащений каруселлю на 25 ампул і забезпечує автоматичний потоковий аналіз серії зразків. Для моніторингу хімічних процесів у режимі реального часу доступний Flow Kit – набір проточних комірок, що дає змогу інтегрувати ЯМР у технологічний процес безпосередньо під час реакції.
Функціональність приладів розширюється програмними пакетами, які містять:
- Бібліотеку додаткових ЯМР-експериментів
- Функції придушення сигналів розчинника
- Experiment Designer – конструктор імпульсних послідовностей для створення власних методик
- NMReady-CONNECT – API для інтеграції приладу з лабораторними інформаційними системами (LIMS), автоматизованими комплексами й іншими програмними рішеннями
Залежно від конфігурації спектрометри підтримують дослідження різних ядер, зокрема ¹H, ¹⁹F, ¹³C, ⁷Li, ³¹P та інших на запит, що дає змогу адаптувати систему до широкого спектра наукових і промислових задач.
Настільний ЯМР – новий стандарт лабораторного аналізу
Настільні ЯМР-спектрометри Nanalysis демонструють, що високоточний молекулярний аналіз більше не є інструментом виключно великих наукових центрів. Компактний формат, можливість масштабування за допомогою аксесуарів і програмного забезпечення, а також широкий модельний ряд дають змогу підібрати рішення як для навчальних лабораторій, так і для виробничих підприємств, науково-дослідних центрів та лабораторій контролю якості.
Саме тому настільний ЯМР сьогодні варто розглядати не як альтернативу класичним системам, а як окремий клас аналітичного обладнання, який відкриває нові можливості для лабораторій, що потребують швидкого, достовірного й економічно обґрунтованого інструментального аналізу.
Якщо ви плануєте впровадити ЯМР-аналіз у своїй лабораторії або шукаєте рішення для конкретних аналітичних задач, зверніться до фахівців «Хімлаборреактиву». Наші експерти допоможуть оцінити потреби вашої лабораторії, підібрати оптимальну модель настільного ЯМР-спектрометра Nanalysis, необхідні аксесуари та програмне забезпечення, а також проконсультують щодо впровадження обладнання у ваші робочі процеси.
Святослава Мельничук,
продакт-спеціаліст відділу аналітичного та лабораторного обладнання ХЛР
