Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) уже давно считается одним из самых точных методов исследования структуры веществ. В течение десятилетий эта технология оставалась доступной только крупным исследовательским центрам и специализированным лабораториям из-за высокой стоимости оборудования, сложной инфраструктуры и дорогостоящего обслуживания.
Сегодня ситуация изменилась: благодаря развитию настольных ЯМР-спектрометров метод стал более доступным, а современные решения позволяют выполнять высокоточный анализ без криогенов, отдельного помещения и постоянных эксплуатационных расходов. Один из лидеров этого направления – канадская компания Nanalysis, настольные ЯМР-спектрометры которой теперь есть в ассортименте «Химлаборреактива».
Что такое ЯМР и как Nanalysis сделала его более доступным
ЯМР (ядерный магнитный резонанс, Nuclear Magnetic Resonance, NMR) – один из самых мощных методов анализа веществ, помогающий буквально «увидеть» строение молекулы, не разрушая ее.
Принцип работы ЯМР основывается на взаимодействии ядер, обладающих собственным магнитным моментом (спином) с сильным магнитным полем. После воздействия радиочастотного импульса ядра излучают сигнал, регистрируемый спектрометром. Характер этого сигнала зависит от химического окружения каждого атома, поэтому его анализ позволяет определить структуру, состав и чистоту изучаемого вещества.
С помощью ЯМР можно:
- Определять структуру новых органических соединений
- Оценивать чистоту продукта
- Проводить количественный анализ смесей (qNMR)
- Исследовать пространственное строение молекул (стереохимию)
В отличие от классических лабораторных ЯМР со сверхпроводящим криомагнитом, настольные приборы Nanalysis используют постоянный редкоземельный магнит (NdFeB в конфигурации Гальбаха). Благодаря этому им не нужен жидкий гелий, жидкий азот или отдельное помещение. Устройство полностью собрано в одном компактном корпусе, питается от обычной розетки, имеет сенсорный экран и встроенное программное обеспечение для сбора и обработки данных.
По принципу работы метод не отличается от «большого» ЯМР: проба готовится в стандартной ампуле (5 мм), требуется всего 0,5–0,7 мл растворителя. Разница – в доступности, размере и стоимости владения.
Преимущества настольных ЯМР-спектрометров Nanalysis
Настольные ЯМР-спектрометры Nanalysis разработаны таким образом, чтобы максимально упростить использование одного из мощнейших методов аналитической химии. Рассмотрим ключевые преимущества этих приборов, отличающие их от традиционных ЯМР-систем.
- Компактность размещения:
- Прибор ставится прямо на лабораторный стол рядом с местом отбора проб
- Рассеянное магнитное поле (линия 2 Гаусс) удерживается в пределах корпуса – спектрометр безопасно размещать рядом с людьми и другим оборудованием
- Не нужны отдельное помещение, специальная вентиляция или подготовка стабилизации, прибор питается от обычной розетки
- Нуль расходников и постоянных расходов:
- Постоянный магнит – не нужен жидкий гелий, жидкий азот
- Нет газов-носителей (как в газовой хроматографии), а также колонок и трубок (как в жидкостной хроматографии)
- Минимум растворителей и отходов: около 0,5–0,7 мл растворителя на пробу
После приобретения ЯМР-спектрометр почти не создает постоянных эксплуатационных расходов – главное экономическое преимущество этого решения.
- Простота использования:
- Сенсорный экран (работает даже когда вы в перчатках) и встроенное ПО: сбор и обработка данных выполняются непосредственно на приборе
- Автоматическое шимирование, стандартные ампулы на 5 мм – минимум ручных настроек
- Автоматизация количественного анализа (qNMR) «за один клик», удаленный доступ со смартфона, планшета или ПК, интеграция через API
- Прибором могут пользоваться неспециалисты, это делает его отличным обучающим инструментом
Сферы применения:
- Образование и наука – обучение принципам ЯМР-спектроскопии, выполнение лабораторных работ, исследовательские проекты, анализ собственных образцов студентами (модель 60Teach)
- Фармацевтика и биотехнологии – входной и выходной контроль качества (QA / QC), идентификация веществ, количественный анализ (qNMR), определение чистоты API и вспомогательных веществ, выполнение фармакопейных методик и исследование стабильности препаратов
- Синтетическая химия и R&D – подтверждение структуры синтезированных соединений, контроль течения реакций, оценка степени превращения реагентов, определение чистоты конечного продукта, оптимизация условий синтеза
- Полимеры и материаловедение – анализ состава полимеров, определение степени замещения и функционализации, контроль качества полимерного сырья и готовых материалов, исследование полиуретанов и других функциональных материалов
- Пищевая промышленность – контроль качества сырья готовой продукции, подтверждение подлинности, определение состава, выявление примесей и фальсификаций
- Нефть, газ и энергетика – анализ сырья и нефтепродуктов, контроль технологических процессов, исследование топлив, смазочных материалов и компонентов аккумуляторных систем
- Криминалистика и судебно-химическая экспертиза – идентификация неизвестных веществ, анализ наркотических средств и психоактивных соединений, определение количественного содержания действующих компонентов без разрушения образца
- Технологический контроль (Reaction Monitoring / PAT) – мониторинг реакций в режиме реального времени, автоматизированный контроль процессов, оптимизация выхода продукта, интеграция с проточными ячейками (Flow Kit) и автоматизированными производственными линиями
Модельный ряд
Линейка настольных ЯМР состоит из трех основных моделей и набора аксессуаров:
|
Модель |
Поле |
Возможности и ядра |
Кому подходит |
|
100 МГц (2,35 Тл) |
Самое высокое поле среди настольных ЯМР. Мультиядерные 1D и 2D; градиенты, проточные ячейки, автосамплер. Ядра: ¹H/¹⁹F, +¹³C, ³¹P, ⁷Li и т. д. |
Самые сложные задачи, максимальное разрешение – исследование, R&D, требовательный QC |
|
|
Nanalysis-60 (новинка, 2025) |
60 МГц (1,4 Тл) |
Построен на платформе Nanalysis-100: фазочувствительные эксперименты, градиенты, проточные ячейки, автосамплер, расширенная автоматизация |
Оптимальный баланс цены и возможностей для промышленных и рутинных лабораторий |
|
60 МГц |
Упрощенная модель, ¹H. Студенты самостоятельно набирают, обрабатывают и расшифровывают спектры собственных образцов |
Обучение: ЗВО, колледжи, базовые аналитические задачи |
Аксессуары и программное обеспечение
Настольные ЯМР-спектрометры Nanalysis можно адаптировать под разные аналитические задачи благодаря дополнительным аксессуарам и специализированному программному обеспечению.
Модели Nanalysis-60 и Nanalysis-100 совместимы с автосамплером AUTOsample, который оснащен каруселью на 25 ампул и обеспечивает автоматический потоковый анализ серии образцов. Для мониторинга химических процессов в режиме реального времени доступен Flow Kit – набор проточных ячеек, позволяющий интегрировать ЯМР в технологический процесс непосредственно во время реакции.
Функциональность приборов расширяется программными пакетами, включающими:
- Библиотеку дополнительных ЯМР-экспериментов
- Функции подавления сигналов растворителя
- Experiment Designer – конструктор импульсных последовательностей для создания собственных методик
- NMReady-CONNECT – API для интеграции прибора с лабораторными информационными системами (LIMS), автоматизированными комплексами и другими программными решениями
В зависимости от конфигурации спектрометры поддерживают исследования различных ядер, в том числе ¹H, ¹⁹F, ¹³C, ⁷Li, ³¹P и других по запросу, что позволяет адаптировать систему к широкому спектру научных и промышленных задач.
Настольный ЯМР – новый стандарт лабораторного анализа
Настольные ЯМР-спектрометры Nanalysis показывают, что высокоточный молекулярный анализ не относится к инструментам исключительно крупных научных центров. Компактный формат, возможность масштабирования с помощью аксессуаров и программного обеспечения, а также широкий модельный ряд позволяют подобрать решения для учебных лабораторий, так и для производственных предприятий, научно-исследовательских центров и лабораторий контроля качества.
Именно поэтому настольный ЯМР сегодня следует рассматривать не как альтернативу классическим системам, а как отдельный класс аналитического оборудования, который открывает новые возможности для лабораторий, нуждающихся в быстром, достоверном и экономически обоснованном инструментальном анализе.
Если вы планируете внедрить ЯМР-анализ в своей лаборатории или ищете решения для конкретных аналитических задач, обратитесь к специалистам «Химлаборреактива». Наши эксперты помогут оценить потребности вашей лаборатории, подобрать оптимальную модель настольного ЯМР-спектрометра Nanalysis, необходимые аксессуары и программное обеспечение, а также проконсультировать по внедрению оборудования в ваши рабочие процессы.
Святослава Мельничук,
продакт-специалист отдела аналитического и лабораторного оборудования ХЛР
