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Analisi sensibile degli zuccheri con rilevazione HPLC-Elettrochimica

insights from industryDr, Kristin FolmertApplication & AcademyKnauer

Un'intervista con Dott. Kristin Folmert, applicazione & accademia, Knauer

Faccia prego una generalità dell'analisi dello zucchero con rilevazione HPLC-elettrochimica.

I carboidrati quali gli zuccheri sono una classe importante di sostanze per il metabolismo, biologia strutturale e produzione di energia delle celle. Di conseguenza, egualmente svolgono un ruolo centrale nella scienza dell'alimentazione farmaceutica, biologica e. Ancora, un modo progressivo di scienza è orientato verso la produzione di energia in natura dallo zucchero e prova a produrre i combustibili moderni e verdi dalle materie prime biologiche. Con il nostro sistema dedicato di AZURA HPAEC mettiamo a punto i metodi per supportare questi rami importanti di scienza con risoluzione ultraelevata e l'analisi dei dati affidabile.

Crediti di immagine: qoppi | Shutterstock

I carboidrati sono acidi deboli con i valori di pKa fra 12 e 14. Di conseguenza, possono completamente o parzialmente ionizzare nelle circostanze di base con pH >12. dovuto queste circostanze dure, soltanto le colonne polimeriche di scambio anionico sono adatte ad analisi del carboidrato. Il tempo di conservazione con AZURA HPAEC è correlato inversamente con il valore di pKa ed aumenta significativamente con il peso molecolare del carboidrato.

Come la rilevazione elettrochimica differisce da altri metodi di rilevazione? Che cosa sono i vantaggi e le limitazioni di usando la rilevazione elettrochimica?

I metodi di rilevazione più comuni in cromatografia a fase mobile liquida sono UV, PAPÀ, la fluorescenza e rilevazione del ms. Tuttavia, la maggior parte dei carboidrati non hanno gruppi del cromoforo e quindi non possono essere individuati con i metodi della spettroscopia di emissione o di assorbimento. Per usare una di queste tecniche popolari un punto della derivatizzazione prima o dopo la colonna sarebbe necessario. Ciò richiederebbe lo sviluppo speciale di metodo e della strumentazione. Questa derivatizzazione egualmente peggiora spesso la risoluzione della separazione. La rilevazione del ms, d'altra parte, è molto a costo elevato. Inoltre, i solventi usati per la separazione di LC dello zucchero non sono spesso facili da evaporare e così rendere la rilevazione ad alta definizione difficile.

Un rivelatore di indice di rifrazione (RI) è un'alternativa ai metodi citati, che è egualmente molto di facile impiego ed economica approvvigionare. Tuttavia, i rivelatori di RI sono non specifici nella loro rilevazione ed hanno una sensibilità significativamente più bassa e così i limiti di rilevazione peggiori (LOD) confrontati agli altri metodi di rilevazione.

Un'altra alternativa è rilevazione con un rivelatore leggero evaporativo di scattering (ELSD). Il ELSD è più sensibile dello SBARAZZATO DI, ma ancora meno sensibile che la rilevazione elettrochimica (ECD). Lo sviluppo di metodo con un ELSD è abbastanza semplice finchè l'eluente è più facile da evaporare che gli analiti. Tuttavia, per ELSD una costante, flusso altamente puro dell'azoto è necessaria, che fa la domanda abbastanza costosa.

ECD approfitta del fatto che i carboidrati sono presenti in soluzione in un equilibrio redox. L'amperometria usa questo fatto per rilevazione quantitativa altamente sensibile. Una corrente di elettrolisi è misurata ad un elettrodo funzionante nell'ambito di potenziale elettrochimico pulsato. La corrente di elettrolisi è proporzionale alla concentrazione analito ossidato/diminuito. Secondo l'analito, la sensibilità di ECD può essere 1.000 - 5.000 volte su confrontate a rilevazione di RI. D'altra parte, la rilevazione di RI è molto più facile da usare, non richiede tali molte volte tanto di equilibramento e la cella di misura è meno sensibile ai cambiamenti nel metodo. Tuttavia, il SenCell sensibile nel ECD presenta il vantaggio che il suo volume può adattarsi determinato a ai termini analitici e fino preparatori del metodo di LC.

Faccia prego una generalità del sistema del HPLC-ECD di Knauer. Che funzionalità questo sistema offre ai ricercatori?

Il sistema di AZURA HPAEC è composto di moduli del bioinert che non hanno superfici di vetro o del metallo in contatto con l'eluente per impedire la formazione di ioni d'interferenza. Le nostre applicazioni del carboidrato sono state eseguite con una campionatrice automatica che può raffreddare i campioni e una pompa di GPL (gradiente di ricerca, quaternari bassi). Tuttavia, l'utente può scegliere fra le pompe differenti del bioinert ed i metodi dell'iniezione secondo i suoi bisogni. Il cuore del sistema è il rivelatore elettrochimico di AZURA ECD 2,1. Il rivelatore può temperare la cella di misura per garantire la robustezza del metodo. Allo stesso tempo la colonna può essere premuta nel rivelatore. Quindi, il rivelatore è egualmente un termostato della colonna. Ciò diminuisce il volume morto ed impedisce i gradienti geotermici. I tipi differenti delle cellule di flusso possono essere usati, che è particolarmente importante se volete passare fra amperometria pulsata e costante come metodo di rilevazione per le applicazioni differenti. Le serie delle cellule di flusso dell'oro di SenCell HyRef la cosa migliore per i carboidrati. Il volume di questa cella di flusso altamente sensibile è variabile molto facile e che permette che l'utente ottimizzi perfettamente il suo metodo. Altri vantaggi di questa cella di flusso sono la sue longevità e pulizia facile, che richiede soltanto alcuni minuti. Qui KNAUER presenta i chiari vantaggi verso i sistemi non Xerox comparabili.

Che cosa rende il sistema del HPLC-ECD di Knauer così sensibile alla rilevazione ed alla selezione delle sostanze ossidabili e riducibili?

In primo luogo, tutto l'analito che può essere ossidato o diminuito è un candidato per rilevazione elettrochimica. L'amperometria classica funziona in maniera discontinua: riempiendo il reattore, la misura o la titolazione, di svuotamento reattore, pulizia, rigenerando, misura seguente ecc. Quello significa che non può essere usato congiuntamente alla separazione di HPLC. Il sistema della cromatografia dell'analisi dello zucchero da KNAUER usa la rilevazione amperometrica pulsata (PAD) compreso rigenerazione dell'elettrodo, richiesta per rilevazione dello zucchero. Facendo uso di volume molto piccolo della cella di misura, questa tecnica permette alle misure rapide in soltanto 500 millisecondi. Per realizzare il più alta sensibilità di rilevazione, una configurazione dell'tre-elettrodo è usata che consiste di un elettrodo funzionante, di un elettrodo di riferimento e di un elettrodo ausiliario. L'elettrodo ausiliario è tenuto precisamente allo stesso potenziale dell'elettrodo di riferimento tramite livellatore della tensione, compensante tutti gli effetti di polarizzazione che potrebbero accadere agli elettrodi. Insieme al volume estremamente piccolo delle cellule del SenCell, che può essere variabile regolato fra 0 a 300 nl, il AZURA ECD 2,1 è adatto molto bene anche per le applicazioni di HPLC (U).  

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forma d'onda potenziale del CUSCINETTO 4-step per la rilevazione dei monosaccaridi e di altri carboidrati. La rilevazione del campione si presenta durante il periodo di tempo evidenziato T.sample

Dove l'analisi del carboidrato è usata all'interno dell'industria e perché è importante conoscere i livelli dello zucchero nei prodotti che sono prodotti?

Mono e polisaccaridi, cioè le classi differenti degli zuccheri, sia estremamente versatile nei loro beni. dovuto la loro idrosolubilità, hanno buona biodisponibilità e sono generalmente non tossici. Nell'industria farmaceutica, lo zucchero non solo è utilizzato come principio attivo ma anche come riporto in compresse o come additivo in succhi. Nell'industria alimentare, gli zuccheri sono usati come dolcificante ma anche come stabilizzatore sotto forma di amido. C'è appena tutto l'alimento che non contiene certo modulo dello zucchero. I produttori nelle industrie alimentari e farmaceutiche devono fornire l'informazione esatta sulla natura e sulla composizione degli ingredienti. A questo fine, i metodi analitici sono importanti che possono quantificare molto sensibile tutti i tipi di zuccheri ed affidabile. Altre sostanze che possono anche essere analizzate nello stesso modo e che sono interessanti per l'industria sono per esempio aminoglycosides, gli alcool alifatici, amminoacidi e glicoproteine.

Osservando specificamente l'industria delle bevande e dei prodotti alimentari, come può il sistema del HPLC-ECD di Knauer essere usato per identificare gli zuccheri differenti, per esempio separando il glucosio, il fruttosio ed il lattosio?

Per distinguere il glucosio, il fruttosio ed il lattosio l'uno dall'altro è basicamente abbastanza semplici. Il tasto è la giusti colonna e metodo. Le colonne normalmente di scambio ionico sono usate per l'analisi dello zucchero. Congiuntamente a rilevazione elettrochimica, la cura deve naturalmente essere catturata per assicurarsi che il materiale della colonna sia egualmente stabile nello stato di base. Per esempio, la colonna del Na di Eurokat, che egualmente è modificata con la soluzione dell'idrossido di sodio, è raccomandata qui.

La qualità dei prodotti alimentari, come i beni fisico-chimici degli alimenti quale la dolcezza, l'aspetto, la stabilità e tessitura dipende dal tipo e dalla concentrazione dei carboidrati attuali. Per molte domande nell'industria alimentare, tuttavia, la rilevazione con un rivelatore di RI è sufficiente. In alcuni casi, per esempio, l'UE o FDA prescrive i valori limite molto bassi che devono essere dichiarati e poi il rivelatore di AZURA ECD 2,1 è la giusta scelta. Uno di quegli esempi è lattosio in prodotti senza lattosio. Il limite di segnalazione prescritto di 10 mg/100 g è raggiunto così facilmente e, con un LOD di 1,5 µg/100 g, lontano sotto. Ciò dà il produttore e l'utilizzatore finale la sicurezza necessaria.

Curva di calibratura per le concentrazioni nel lattosio nell

Curva di calibratura per le concentrazioni nel lattosio nell'ordine di 2,18 μg/100g - 109,00 μg/100 G.

Perché è l'analisi sensibile degli zuccheri importante per l'industria farmaceutica?

Ci sono numerosi efficaci principi attivi a base di zucchero. Per esempio, gli antibiotici novelli dagli oligomeri dello zucchero sono interessanti, o quando lo zucchero è usato congiuntamente ad altre molecole come i lipidi o le proteine per ottenere le nuove classi di principi attivi. Per esempio, le glicoproteine, i glicolipidi ed i proteoglicani sono particolarmente potenti. La combinazione di proteine con gli zuccheri può, per esempio, aumentare la biodisponibilità o migliorare il metabolismo. Un metodo analitico ad alta definizione è particolarmente importante per il video delle concentrazioni basse di sostanze attive nell'organismo o per l'identificazione dei prodotti metabolici.

Come l'analisi sensibile dello zucchero urta la produzione ed il raffinamento del combustibile biologico?

In tempo della crisi di clima e della penuria delle materie prime, la ricerca sta cercando le nuove alternative per gli efficaci combustibili verdi. Finora, i combustibili biologici principalmente sono stati prodotti da granulo o da mais e sono quindi in concorrenza con produzione alimentare. Oltre ad erba ed a rifiuti alimentari, il fuoco è sul residuo della lavorazione del legno come sorgente alternativa della materia prima per produzione del combustibile biologico. Indipendentemente dalla sorgente, le biomasse, ricche in cellulosa, sempre termicamente o chimicamente sono ripartite ed allora fermentato enzimaticamente per ottenere gli zuccheri più bassi o monomerici. Nel caso di legno, il fucose degli zuccheri, il ramnose, l'arabinosio, il galattosio, il glucosio, il xilosio ed il mannosio come pure l'acido glucuronico galatturonico dell'acido degli acidi dello zucchero e sono prodotti. Una valutazione quantitativa dei prodotti della decomposizione è cruciale per la valutazione del trattato per calcolare l'efficacia dell'utilizzazione della materia prima. Ciò è perché la proporzione di carboidrati differenti è direttamente proporzionale al rendimento del bioetanolo generato da questi zuccheri al punto seguente. Oltre all'affidabilità del metodo analitico per l'indagine sugli zuccheri di legno con rilevazione elettrochimica, che descriviamo in un'applicazione (https://www.knauer.net/en/sensitive-and-selective-analysis-of-wood-sugars-and-uronic-acids-for-biofuel-research-with-electrochemical-detection/a24748), l'uso degli eluenti acquosi egualmente parla per l'uso in questo campo di ricerca molto ecologico.

Cromatogramma di una miscela standard che contiene 0,1 mg/ml fucose (1), ramnose (2), arabinosio (3), galattosio (4), glucosio (5), xilosio (6), mannosio (7), acido galatturonico (8) ed acido glucuronico (9). E uno zoom nei picchi per gli acidi uronici.

Cromatogramma di una miscela standard che contiene 0,1 mg/ml fucose (1), ramnose (2), arabinosio (3), galattosio (4), glucosio (5), xilosio (6), mannosio (7), acido galatturonico (8) ed acido glucuronico (9). E uno zoom nei picchi per gli acidi uronici.

Che cosa è il futuro di HPLC-ECD e dei sistemi di analisi del carboidrato da KNAUER?

Dal momento che stiamo provando la colonna differente digita per aumentare la varietà di metodi per il nostro sistema di AZURA HPAEC. Egualmente stiamo esplorando i nuovi campi dell'applicazione. I glutammati, cortisones o agli gli additivi basati a polifenolo, per esempio, sarebbero interessanti per l'industria alimentare. Per l'industria farmaceutica, per esempio, i aminoglycosides sono un argomento interessante per la ricerca degli antibiotici che può essere indirizzata bene con rilevazione elettrochimica.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Per esempio, abbiamo installato una sezione di Q&A sul nostro homepage in cui gli utenti possono trovare le risposte il più delle volte alle domande fatte circa i metodi, l'amperometria ed il sistema (https://www.knauer.net/en/Support/FAQ/Detection?utm_source=DNL&utm_medium=email&utm_campaign=DNL109_2019-12#ECD). Per il sistema ed il carboidrato l'argomento egualmente è stato dedicato una pagina separata dove potete leggere un po'più (https://www.knauer.net/en/Food-Analysis/HPLC_ECD_Saccharides_Applications). E naturalmente, abbiamo parecchie note di applicazione sul nostro homepage circa l'analisi dello zucchero con differenti generi di rivelatori e naturalmente con rilevazione elettrochimica (https://www.knauer.net/en/Applications/applications-start).

Circa Dott. Kristin Folmert

Dott. Kristin FolmertIl Dott. Kristin Folmert ha studiato la chimica al Freie Universität Berlino ed ha ottenuto il suo master di scienza nel 2012. Poi ha completato la sua dissertazione al FU Berlino fino al 2017 con il fuoco sull'analisi di cumulo i peptidi e delle molecole photoresponsive. Dal 2018 sta lavorando per KNAUER Wissenschaftliche Geräte Gmbh nelle applicazioni e nel dipartimento dell'accademia. Lei mansioni include lo sviluppo di metodo di HPLC, gli studi di fattibilità e la rappresentazione regolare di KNAUER alle fiere campionarie ed alle conferenze. È egualmente molto attiva come istruttore all'accademia di Knauer.

Citations

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    KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH. (2020, January 23). Analisi sensibile degli zuccheri con rilevazione HPLC-Elettrochimica. News-Medical. Retrieved on May 10, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20200123/Sensitive-Analysis-of-Sugars-with-HPLC-Electrochemical-Detection.aspx.

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