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一文了解定量核磁(YYDS)附验证结果

核磁同位素学社
2023.3.17
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一文了解定量核磁(YYDS)附验证结果


       所有的1H-定量核磁共振(qNMR)方法都需要一个校准信号,其综合信号强度源自或可追溯到已知数量的质子。qNMR的校准使用内部或外部参考方法。虽然外部参比方法不需要参比标准品溶解到样品中,但内部参比方法通常给出的误差<1%,被认为是获得定量1H NMR谱的最准确和可重复性的方法。但内标法的缺点也很明显,参考标准品必须在每个样品溶液中进行权衡,这一操作需要时间和精力,而且是这种方法的最大误差来源。令人惊讶的是,无论是内部还是外部qNMR参考方法,都没有现成可用的标准参考解决方案的商业来源。


      剑桥同位素实验室公司(CIL)是世界上最大的氘化NMR溶剂供应商,通常使用qNMR方法来确定同位素富集和化学纯度。CIL开发了苯甲酸标准参考溶液,用于通过qNMR测定l -肉碱及其相关产品的化学纯度。CIL之所以将该产品推向市场,是因为该标准在使用内部参考qNMR方法时带来了便利性和可能减少的称重误差。此外,本标准也适用于内部和外部参考方法,因为其制定步骤和参考物质可直接追溯到NIST SRM(美国-支持测量和可追溯性的一种机制)。


       本实验介绍了NIST可追溯苯甲酸(BA)标准DMSO-d6溶液的配方、测试和应用。BA标准溶液用于两个qNMR测试方法验证,使用内部对照法确定化学纯度。这两种化合物被用于校准用于新生儿筛查的质谱仪。确定了线性度、范围、准确度、LOD、LOQ、中间精密度等验证参数。由于篇幅所限,本文只给出一种验证的结果。

  //  

 苯甲酸标准DMSO-d6溶液的配制(浓度及不确定度测定)→(稳定)

● 使用qNMR和3,5-二硝基苯甲酸(TraceCert®,Sigma #15639)测定苯甲酸、浓度和不确定度

 CIL新产品: nist可追溯苯甲酸溶液(cil # dlm-9422)

 试验方法验证: 化学纯度;计算: 左卡尼汀(methyl-d3)


【材料与方法】除非另有说明,所有光谱均使用标称频率为299.8 MHz的Bruker 300 Avance光谱仪获取,并配有5mm QNP探头。采用自动垫片和溶剂锁定。90º脉冲与至少6倍于最长T1的总弛豫延迟结合使用。90º脉冲宽度采用360º空值法测定。日志含义通过RGA命令设置接收增益。使用TopSpin软件(1.3版)进行处理。使用“bc”函数对光谱进行手动相位和基线校正。积分被手动和分阶段。

• DMSO-d6 (CIL #DLM-10, Lot PR-M1486) was used in all solutions (except for the capillary solution used in stability study)

• Benzoic acid (NIST, SRM 350b) (certified purity of 99.9978%)

• 3,5-Dinitrobenzoic acid (TraceCERT®, Sigma #15639, Lot BCBH8381)

• L-Carnitine•HCl (methyl-d3) (CIL # CLM-DLM-1871, Lot PR-23573)

• O-Palmitoyl-L-carnitine•HCl (methyl-d3) (CIL # DLM-1263, Lot PR-19948)

• Carbon tetrachloride (Sigma-Aldrich # 289116, Lot # 02244TD)

• 2,2,4,4-Tetramethyl-3-pentanone (Aldrich # 282618, Lot # BCBD9401V) (for stability)

• 528 PP Wilmad 5 mm NMR tubes

• Sartorius micro balance (Model NE365) (for weighing the carnitines)

• Sartorius analytical balance (Model P225D) (for weighing all compounds and DMSO-d6)


苯甲酸溶液浓度及其不确定度的计算。

不确定度计算参考:EURACHEM CITAC指南CG 4,“定量分析测量中的不确定度,”第三版,QUAM:2012

步骤1: 计算解的总权重和相关不确定性:

苯甲酸溶液的总质量,ms及相关不确定度,√ms,单位为g/g

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苯甲酸标准参比溶液(CIL # DLM-9422)的850 MHz 1H-NMR谱。给出了苯甲酸、HOD和DMSO-d5的芳香族质子共振。苯甲酸(~12- 13ppm)的酸性质子共振没有显示↓

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苯甲酸标准参比溶液850 MHz 1H-NMR谱的垂直扩展。1 ~ 2ppm的杂质峰面积占苯甲酸芳香族质子信号峰面积的<0.05%↓

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DMSO-d6中3,5-二硝基苯甲酸850 MHz 1H-NMR谱的垂直扩展。苯甲酸芳香族质子共振的区域如图所示↓

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      通过使用可溯源至NIST的校准砝码集和可溯源至NIST校准证书的实验室天平,保持对SI的可溯源性。保持一个完整的千克校准链。在计算中使用了制造商指定的重复性值。参见指南CG-4,第三版,第28、38和127页。

       标准液重量m(皮重)(g): 100.863 m(毛),(g): 219.064

      二级标准原液的重量(ms)由m(毛重)减去m(皮重)计算。根据EURACHEM CITAC Guide CG 4计算二次标准溶液重量(ums)的不确定度。(对称量不确定性的贡献计算两次,一次为皮重,一次为毛重。每一个都是独立的观察。)

       步骤2: 苯甲酸溶液质量分数的计算

苯甲酸溶液质量分数,mb及相关不确定度,用mg/g表示

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       苯甲酸在溶液中的浓度(mb)是用苯甲酸的质量分数修正重量除以溶液的总重量来计算的。不确定度计算包含适当的重量和质量分数不确定度。

苯甲酸结晶&苯甲酸,溶液质量分数:

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标准制剂浓度:12.558 mg/g +/-0.0008 mg/g (K = 2)

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以3,5-二硝基苯甲酸(DNBA)为qNMR内标,验证参比溶液中苯甲酸浓度


过程:

步骤1:将174 mg DNBA转移到脱皮的10 mL容量瓶中,质量记录为接近0.01 mg。

步骤2:将苯甲酸DMSO-d6溶液加入到磨砂瓶中,记录质量为0.01 mg。

步骤3:在完全溶解和混合后,共测量了10次1H-NMR谱。

步骤4:用芳香族化合物的积分法计算了参考溶液中苯甲酸的浓度质子在DNBA和苯甲酸上。


Steps 1 and 2  

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Steps 3 and 4

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苯甲酸标准参比溶液中3,5二硝基苯甲酸300 MHz 1H-NMR谱的选定区域。给出了计算苯甲酸化学纯度的积分公式。值指T1值(以秒为单位)↓

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苯甲酸浓度的计算

测定苯甲酸的毫摩尔= (BA的积分/5)(mg DNBA) / (DNBA的积分/3)(MW DNBA)

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制备浓度的界限(k = 2)位于测量值的界限内。用TraceCert二硝基苯甲酸和qNMR测定的苯甲酸浓度与制备的苯甲酸浓度无统计学差异。


苯甲酸标准参比溶液试验方法验证: l-肉碱(甲基-d3)化学纯度测定。

      在苯甲酸标准参比溶液中制备了8种含有不断增加的l-肉碱(甲基-d3)的溶液。每一种溶液分别获得三个连续的1H qNMR谱。

     由两名分析人员在两天内对该方法的中间精密度进行了调查。每位分析师根据FusionAE软件(S-Matrix Corp. Eureka, CA)生成的设计,准备100%水平的l-肉碱(甲基-d3)溶液。由于篇幅所限,本文没有给出o -棕榈酰-左旋肉碱的验证结果。

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DMSO-d6中l-肉碱(甲基-d3)的300 MHz 1H-NMR谱

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l-肉碱(甲基-d3)苯甲酸标准参比溶液的300 MHz 1H-NMR谱

左卡尼汀(NMe-d3):HCl NMR 浓度响应

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左卡尼汀(NMe-d3):HCl NMR验证结果:

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l -肉碱(NMe-D3)•HCl的其他分析数据

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       CIL为qNMR提供外部校准标准品。该标准使用CIL的高质量DMSO-d6和NIST的苯甲酸(SRM 350(b))制定,苯甲酸是酸度测定的标准参考物质。5mmol和15mmol苯甲酸浓度可用。利用计量技术准确测定了苯甲酸的浓度和相关的扩展不确定度,并用qNMR进行了验证。DMSO-d6中苯甲酸的1H-NMR谱如图1所示。


       CIL目前在预密封核磁共振管中提供。有关核磁共振管和填充体积的详细信息,请参阅下面的信息。其他核磁共振管和浓度可根据要求提供。


定量核磁外标

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      内参法的误差通常小于1%,被认为是获得定量1H-NMR谱的最准确和可重复性的方法。不幸的是,参考标准通常会被考虑到每个样本溶液中,这需要时间和精力,并且已经报告了该方法的最大错误来源。


       CIL提供一种含已知苯甲酸量的DMSO-d6溶液,供内部参考。由于该溶液是预先配制的,用户不需要称量标准材料。消除这一步骤将减少样品制备的工作量和时间,也可能带来比用户执行该配方更准确的结果。要使用该产品,样品必须可溶于DMSO-d6,对苯甲酸具有物理和化学惰性,在酸性ph中稳定。理想情况下,样品在苯甲酸芳香烃质子(7.4-8.1 ppm)、HOD (~ 3ppm,但变化不定)和DMSO-d5 (2.5 ppm)区域内不会产生共振。在分析证明上给出了苯甲酸浓度及其不确定度。


定量核磁内标

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制定标液

      CIL用于制定qNMR外部校准参考标准散装溶液的程序允许确定校准标准(例如苯甲酸)浓度的扩大不确定度。通过使用可溯源至NIST的校准重量集和可溯源至NIST校准证书的实验室天平,维持对SI的可溯源性,保持对千克的校准链不间断。造成苯甲酸浓度1不确定性的因素如下。

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qNMR标准配方中苯甲酸浓度不确定因素的因果关系图↑


讨论

Q

BA标准溶液如何用于内部参考qNMR方法?

       将已知量的样品混合到称重量的标准溶液中,并在定量条件下通过NMR进行分析。苯甲酸和样品的积分用于计算样品纯度或浓度。样品必须可溶于DMSO,对苯甲酸具有物理和化学惰性,在酸性ph中稳定。理想情况下,样品在苯甲酸芳香烃质子(7.4-8.1ppm)、HOD (~ 3ppm,但变化不定)和DMSO-d5 (2.5 ppm)区域内不会产生共振。

Q

BA标准参考溶液可以用于外部参考qNMR方法吗?

      是的,CIL能够包装到大多数类型的核磁共振管或玻璃毛细血管。稳定性研究正在进行中,但预计苯甲酸应该在较长的时间内保持稳定。

Q

BA标准溶液如何追溯到NIST?

      该解决方案可追溯到NIST,因为使用了NIST SRM 350b。未来批次的商业产品将使用可追溯到NIST苯甲酸的二次苯甲酸标准。

Q

苯甲酸浓度的不确定度计算是否完整?

       本文提出的不确定度计算没有考虑浮力的影响,但浮力的影响将在将来确定。

Q

BA标准溶液是否经过认证?

       该解决方案可追溯到SI,但目前还不能被视为完全认证。尽管CIL在新生儿标准参考物质的制造和分销方面拥有ISO 13485认证,但CIL目前正在努力获得ISO 17025和Guide 34认证。

Q

CIL是否有能力制造其他浓度的DMSO-d6苯甲酸参考标准?

        是的,前提是CIL给出了目标浓度和可接受的浓度限度。

Q

CIL是否能够生产DMSO-d6中苯甲酸以外的qNMR参考标准溶液?

       是的,只要CIL给出了溶剂和参比化合物的名称、目标浓度和可接受浓度限度。

附:进行定量核磁共振实验的技术关键点就是选择合适的内标物。在选择内标物时,通常需要考虑以下因素:内标物与目标物的化学位移不能重叠、尖峰(单峰最好)、溶解性好、易称量等。内标物的选择范围很广泛,为提高效率,有文献研究报道了8种适用面较广的化合物可作为候选内标物,它们是:3,4,5-三氯吡啶、对二硝基苯、1,3,5-三氯-2-硝基苯、2,4,6-三碘苯酚、对苯二甲酸二甲酯、2,3,5-三碘苯甲酸、马来酸、富马酸。8重物质的分子量以及在4种常见氘代试剂中的化学位移请见下表

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