sygnałów analitycznych y w kontekście kontroli jakości wybranych produktów

Transkrypt

1 Modelowanie nieselektywnych sygnałów analitycznych y w kontekście kontroli jakości wybranych produktów Joanna Orzeł Instytut Chemii Uniwersytet Śląski

2 Żywność Leki Smak Zapach Konsystencja Wartości odżywcze Czystość Forma chemiczna Homogeniczność Kosmetyki J A K O Ś Ć Paliwo Pochodzenie składników Konsystencja Zapach Wartość energetyczna Zawartość substancji stałych Doatki definiująceakcyzę Lepkość Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

3 J A K O Ś Ć Skład chemiczny Chemiczny odcisk palca Techniki rozdziału np. chrmatografia Nieselektywne sygnały analityczne np. widma auv Vis, NIR, IR, fluorescencyjne, cyj e, EPR, NMR, XRF, chromatogramy Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

4 Cel Efektywne wykorzystanie informacji zawartej w nieselektywnych sygnałach analitycznych poprzez ich przetwarzanie z użyciem narzędzi chemometrycznych w kontekście rozwiązywania problemów szeroko pojętej chemii analitycznej

5 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności witamina A witamina C witamina PP kwercetyna kwas kawowy witamina B 1 witamina B 2 likopen Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

6 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności PRÓBKA ekstrakcja WYNIK zatężenie lub rozcieńczenie ekstrakt + odczynniki inkubacja pomiar instrumentalny krzywa kalibracyjna ocena parametru Przygotowanie próbki do analizy Wykonanie wybranego testu antyoksydacyjnego Anliza wyników Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

7 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności PRÓBKA ekstrakcja WYNIK zatężenie lub rozcieńczenie ekstrakt + odczynniki inkubacja pomiar instrumentalny model kalibracyjny ocena parametru Przygotowanie próbki do analizy Wykonanie wybranego testu antyoksydacyjnego Anliza wyników Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

8 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Bd Badaniewłaściwości ł ś i ś i antyoksydacyjnych Informacja o zawartości antyoksydantów Widma w zakresie podczerwieni Próbka lub ekstrakt Rejestracja sygnału nieselektywnego tensywność Int Intensywność cm 1 Chromatogramy Czas elucji Intensywność Widma całkowitej fluorescencji Emisja[nm] Wzbudzenie [nm] Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

9 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Model kalibrujący zawartość antyoksydantów Modelowanie chemometryczne y = f(x ) y przew widziane y obserwowane Zestaw próbek kalibracyjnych Ocena parametru dla nowej próbki na podstawie modelu i nieselektywnego sygnału Ślesin maja 2017 Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej

10 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Eksperyment: Próbki Sygnały nieselektywne Widma całkowitej fluorescencji Widma w zakresie podczerwieni In ntensywność 0 Emisja[nm] Wzbudzenie [nm] Zawartość antyoksydantów test ORAC i całkowita zawartośc polifenoli ensywność Int cm 1 Modelowanie: Konstrukcja wieloparametrowych modeli kalibracyjnych y Regresja częściowych najmniejszych kwadratów, PLS N modalna regresja częściowych najmniejszych kawadratów, N PLS Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

11 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Próbki Rodzaj sygnału Metoda modelowania wodne ekstrakty kawy widma całkowitej fluorescencji N PLS Kompleksowość modelu 5 Błąd dopasowania 6,2% Błąd przewidywania 6,3% J. Orzel i M. Daszykowski, Chemom. Intell. Lab. Sys. 137 (2014) Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

12 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Próbki Rodzaj sygnału Metoda modelowania przeciery pomidorowe widma w zakresie podczerwieni PLS Kompleksowość modelu 4 Błąd dopasowania 91% 9,1% Błąd przewidywania 5,4% J. Orzel i in., Talanta 138 (2015) Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

13 Ocena zawartości antyoksydantów w próbkach żywności Efektywność oceny całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na podstawie widm całkowitej fluorescencji dla próbek ziół (mięty, bazylii, oregano) oraz suplementów diety J. Orzel i M. Daszykowski, Chemom. Intell. Lab. Sys. 137 (2014) Efektywność oceny całkowitej zdolności antyoksydacyjnej naparów herbaty typu rooibos (Aspalathus linearis) używając chromatograficznych odcisków palca i identyfikacja potencjalnych substancji o właściwościach antyoksydacyjnych J. Orzel i in., J. Chrom. A, 1366 (2014) Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

14 Ocena jakości oleju napędowego ze względu na zawartość dodatków akcyzowych Solvent Yellow 124 Znacznik Solvent Red 19 Barwnik Solvent Red 164 Barwnik Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

15 Ocena jakości oleju napędowego ze względu na zawartość dodatków akcyzowych Jakościowe i ilościowe oznaczenie znacznika (Solvent Yellow 124) i barwnika (Solvent Red 19) Eksperyment: Seria modelowych próbek oleju napędowego z dodatkiem znacznika i barwnika Sygnały nieselektywne widma całkowitej fluorescencji Modelowanie: Konstrukcja wieloparametrowych modeli kalibracyjnych (PLS oraz N PLS) Wyniki: Emisja [nm] 350 Barwnik Znacznik Intensywnosc Wzbudzenie [nm] 650 Błąd przewidywania 2,2% 2,6% J. Orzel i in. Talanta, 101 (2012) Patent nr ( ) RSD 2,3% 3,2% LOD 0,048 mg L 1 0,042 mg L 1 LOQ 0,144 mg L 1 0,126 mg L 1 Wynik Stabilność w czasie W czasie 96 h metoda daje wyniki nie wykazujące statystycznie istotnych różnic pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

16 Eksperyment: Ocena jakości oleju napędowego ze względu na zawartość dodatków akcyzowych Seria modelowych próbek oleju napędowego z dodatkiem znacznika (Z) i barwnika (B) odbarwionych poprzez dodatek czynnika adsorbującego Sygnały nieselektywne widma całkowitej fluorescencji Modelowanie: Konstrukcja wieloparametrowych modeli dyskryminacyjnych dyskryminacyjny wariant regresji częściowych najmniejszych kwadratów (D PLS) Wyniki: Kryterium dyskryminacyjne y yj Metoda analityczna pozwalająca ocenić pochodzenie paliwa Próbki poprawnie zaklasyfikowane ze zbioru modelowego Próbki poprawnie zaklasyfikowane ze zbioru testowego t Z 30 (100%) 30 (100%) J. Orzel i in. Fuel, 117 (2014) B 30 (100%) 23 (77%) Wynik BiZ 14 (100%) 35 (78%) BlubZ 30 (100%) 27 (90%) pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

17 Ocena jakości cukru ze względu na zawartość popiołu i barwę Eksperyment: Próbki cukru pobrane po etapie rafinacji Oceniono barwę i zawartość popiołu ł Sygnały nieselektywne widma całkowitej fluorescencji Modelowanie: Konstrukcja wieloparametrowych modeli kalibracyjnych klasycznych (PLS) i stabilnych (PRM) Wyniki: Barwa J. Orzel i in., Chem. Intell. Lab. Sys., 110 (2012) f Dopasowanie Przewidywanie PLS 3 1,31 (4,0%) 1,45 (4,4%) PRM 3 1,15 (3,5%) 1,18 (3,6%) Wynik pomiaru źródło informacji analitycznej Ślesin maja 2017

18 Wnioski Opracowałam pięć nowych procedur analitycznych służących ocenie jakości produktów. Procedury opierają się na rejestracji nieselektywnych sygnałów analitycznych i użyciu odpowiednich narzędzi chemometrycznych do ich interpretacji. Dla każdej z procedur przeprowadziłam walidację ze względu na klasyczne parametry analityczne jak i chemometryczne. Zrealizowane badania potwierdzają, że jakość produktu można ocenić na podstawie nieselektywnego sygnału analitycznego używając efektywnego modelu chemometrycznego. Wynik pomiaru źródłoinformacji analitycznej Ślesin maja 2017

19 Pod zięk owania Fluorescencyjne krajobrazy w połączeniu z metodami chemometrycznymi jako potencjalne narzędzie do wyznaczania całkowitej zdolności antyoksydacyjnej

20 Pod zięk owania

21 Dzię kuję za uwagę.

22

23

24 Modelowanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej naparów herbaty typu rooibos (Aspalathus linearis) używając chromatograficznych odcisków palca i identyfikacja potencjalnych substancji o właściwościach antyoksydacyjnych Eksperyment 228 próbek róznych pod wzgledem jakości Badania chromatograficzne odciski palca (HPLC DAD), tabela pików (12 związków fenolowych kwas fenylopirogronowy, aspalathin, nothofagin, izoorientyna, orientyna, kwas felurowy, kwercetyno 3 robinobiozyd, witeksyna, hyperozyd, rutyna, izoviteksyna i izokwercytyna) Testy antyoksydacyjne DPPH i ORAC Modelowanie Przygotowanie danych do analizy usuniecie linni bazowej, nałożenieł sygnałów Regresja częściowych najmniejszych kwadratów PLS Regresja częściowych najmniejszych kwadratów z eliminacją zmiennych nieistotnych UVE PLS 80 Intensyw wnosc isoorientin orientin vitexin Qrob hyperoside feluric rutin acid PPAG asphalatin isovitexin nothofagin isoquercitin Czas [min] J. Orzel i in., J. Chrom. A, 1366 (2014)

25 Modelowanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej naparów herbaty typu rooibos (Aspalathus linearis) używając chromatograficznych odcisków palca i identyfikacja potencjalnych substancji o właściwościach antyoksydacyjnych Dane PLS UVE PLS Właściwości dopasowania Właściwości przewidywania i Właściwości dopasowania Właściwości przewidywania i f TE % TE % f TE % TE % Modele dla parametru DPPH Tabela pików Chromatog ramy Tabela pików Chromatog ramy , , , , , , , ,31 Modele dla parametru ORAC , , , , , , , ,2 J. Orzel i in., J. Chrom. A, 1366 (2014)

26 Efektywność oceny całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na podstawie widm całkowitej fluorescencji dla próbek ziół (bazylii, oregano) oraz suplementów diety Eksperyment Modelowanie 11 rodzajów próbek bazylii 12 rodzajów próbek oregano 10 rodzajów próbek suplementów diety Badania obrazy fluorescencyjne, parametr ORAC, zawartość polifenoli Regresja częściowych najmniejszych kwadratów PLS lub N PLS Błąd dopasowania 7,00% Błąd dopasowania 4,30% Błąd dopasowania >20% Błąd przewidywania 18,5% Błąd przewidywania 9,60% Błąd przewidywania >20%

27 Parametry walidacyjne (analityczne) charakteryzujące opracowane metodyki analityczne służące ocenie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej próbek żywności Ekstrakty k mięty Ekstrakty kawy pieprzowej Zawartość Parameter ORAC ORAC polifenoli walidacyjny N PLS, f = 5 PLS, f = 5 PLS, f = 5 Średnia 447,46 6, ,39 RSD 7,13% 1,61% 4,04% ± 26,198 0, ,18 Cułość 8,33 10,75 5,55 Selektywność 557 5, , , LOD 85,42 0,037 12,58 LOQ 854,2 0, ,8

28 Emis sja [nm] Wzbudzenie [nm]

29

30 200 nsywnosc Inte Emisja [nm] Wzbudzenie [nm] 600

31 200 nsywnosc Inte Emisja [nm] Wzbudzenie [nm] 600

32 200 Intensy ywnosc Emisja [nm] Wzbudzenie [nm]

33 Rodzaj próbki Wzbudzenie Emisja Zakres [nm] Δ [nm] Zakres [nm] Δ [nm] Ekstrakty bazylii Ekstrakty oregano Suplementy diety Ekstrakty kawy Ekstrakty mięty Pasty pomidorowe Cukier 230, 240, 255, 290, 305, 325 oraz 340 nm ,5 Olej zabarwiony Olej odbarwiony

34 Dodatek Stężenie Znacznik 6,0 mg L 1 9,0mg L 1 Barwnik > 6,3 mg L 1