Mg.biol. Daiga Vilcāne Valsts Priekuļu laukaugu selekcijas institūts

1. Efektīvas tehnoloģijas kvalitātes pazīmju vērtēšanai selekcijā – tuvā infrasarkanā starojuma (NIR) pielietojums Mg.biol. Daiga Vilcāne Valsts Priekuļu laukaugu selekcijas institūts Vienošanās Nr. 2009/0218/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/099

2. Vēsture • Tuvo infrasarkano starojumu atklāja 19.gadsimtā britu zinātnieks, viens no astronomijas titāniem –Viljams Heršels • 20.gs. piecdesmitajos gados tiek izgatavots pirmais analītiskais instruments. • Sākot ar pagājušā gadsimta 70.-80.gadiem metodi pielieto ķīmiskām analīzēm, bet vēlāk, paplašinoties tehniskām iespējām, pielieto farmācijā, medicīniskajā diagnostikā, zinātnes pētījumos, rūpniecībā un lauksaimniecībā, pārtikas un agroķīmiskās kvalitātes kontrolē. • Turpinās darbs pie analizatoru tehniskās pilnveides, aizvien jutīgāku un precīzāku instrumentu izstrādes.

3. NIT un NIR Monochromator Kartoffelprobe Kartoffelprobe Detector Detector Detector Detector NIRS NIRS NIT NIT • NIT 700- 1050 nm viļņu garums, iet cauri paraugam • NIR 400-2500 nm viļņu garums, atstarojas • (Weber, L.,N.U.Haase,2006)

4. NIR (Near Infrared Reflection) NIT (Near Infrared Transmission) 2000 1000 200 Infratec 1255, Food & Feed Analyzer, Foss Company, Hamburg NIRS 6500, Foss Company, Hamburg

5. Extinction E X<-H 0,3 O-H C-H ! ! 0,25 ! S-H ! ! 0,2 C=O N-H ! ! ! 0,15 ! ! ! ! ! NIT 0,1 Extinction E 0,05 2,5 0 848 896 944 992 1040 2 NIR ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Wellenlänge ! ! ! ! ! ! ! ! 1,5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 1 X-H ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! O-H ! ! ! 0,5 ! ! ! ! C-H ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! S-H ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 0 C=O Wellenlänge N-H 2400 400 NIT, NIR (spectrum) (Weber, L.,N.U.Haase,2006)

6. NIR analizators XDS Rapid ContentTM Analyzer with Solids Module

7. Kartupeļu paraugu sagatavošana skanēšanai tuvā infrasarkanā starojuma analizatoros • Ņem paraugu 30 kartupeļu bumbuļus, mazgā, nosusina • Kartupeļus ar griezējmašīnu sagriež kubiņos 1x1cm, kārtīgi samaisa • Daļu parauga (ap 750ml) samaļ un homogenizē malšanas iekārtā. • Homogēno paraugu nekavējoties pilda analizatora trauciņā un veic skanēšanu. Ja skanē kalibrējumu izveidošanai, veic 3 atkārtojumus. Ikdienas analīzēm- 2 atkārtojumi. • No svaigā, homogenizētā parauga ņem paraugu sausnas satura noteikšanai. Visus pārējos izmeklējumus veiks no iesaldētās parauga daļas, kas tiks liofilizēta un iegūti kartupeļu milti. • Atlikušo sagriezto kartupeļu paraugu pilda maisiņos iesaldēšanai -200C temperatūrā, marķē. Iesaldē.

8. Kartupeļu sagatavošana skanēšanai, skanēšana • Zem tekoša ūdens nomazgā kartupeļus, nosusina. • Griež kartupeļus kubiņos ap 1x1cm, samaisa. • Piepilda malšanas iekārtas mērkrūzi 2/3 no tās tilpuma. • Uzliek mērkrūzei noslēdzošo vāku, aizver iekārtu. • Kartupeļu paraugu maļ 1 minūti pie 7000 apgr./1min. Kad malšanas cikls beidzies, iekārta atveras automātiski. • Nekavējoties ar karotīti ņem ap 12 ml homogēnā parauga un iepilda šķidrajiem paraugiem paredzētajā analizatora trauciņā. • Noslēdz trauciņu ar skrūvējamu vāciņu. • Sagatavoto paraugu ievieto analizatorā, traukam atbilstošajā turētājā, nocentrē. • Programmā ievada informāciju par paraugu. Analizators veic parauga skanēšanu 1.6 minūšu laikā. • Izņem paraugu no analizatora, mazgā, žāvē malšanas iekārtu un analizatora trauciņu, sagatavo tos darbam ar nākamo paraugu.

9. Miltu paraugu skanēšana • Miltu paraugu 100-120g samaisa. • Ar karotīti piepilda miltu skanēšanai paredzēto trauciņu. • Trauciņu noslēdz ar kartona vāciņu, stingri izlīdzinot un uzspiežot. • Ar birstīti, pieslēgtu putekļsūcējam, notīra trauciņu. • Sagatavoto paraugu ievieto analizatorā, traukam atbilstošajā turētājā, nocentrē. • Programmā ievada informāciju par paraugu. Analizators veic parauga skanēšanu 1.2-1.5 minūšu laikā. • Izņem paraugu no analizatora, tīra un sagatavo trauciņu nākamajam paraugam, izmantojot putekļu sūcēju.

10. Rezultātu nolasīšanaNIR tehnoloģija ir kā „supermikroskops” - tā redz parauga virsmu un iekļūst pašās molekulās. Ir jāiemāca instrumentu atpazīt to, ko tas redz (Williams Ph.,Norris K.,1987).

11. NIR tehnoloģiju priekšrocības • Ātrākas • Lētākas • Nav jālieto ķīmiskas vielas • Daudzas sastāvdaļas ir vieglāk nosakāmas, nekā pielietojot citas metodes • Iespēja analizēt lielu paraugu skaitu un iegūt ātru rezultātu

12. Kopsavilkums par apgūto pieredzi NIR pielietošanā projekta laikā • Vācijā, Max-Rubner institūtā, Detmoldā, kas ir Federal Research Centre for Nutrition and Food, Department of Safety and Quality of Cereals, apgūta • metodika kartupeļu kvalitatīvo pazīmju izpētei, • kartupeļu un graudaugu paraugu sagatavošanas tehnika skanēšanai NIR instrumentos, • kalibrējumu izveidošana. • Igaunijā , Jogevas augu selekcijas institūtā, strādājot ar NIR analizatoru XDS Rapid ContentTMAnalyzer with Solids Module, gūtas praktiskās iemaņas • kartupeļu un graudaugu paraugu sagatavošanā skanēšanai, • skanēšanā, • references rezultātu ievadīšanā un datu apstrādē.

13. Kopsavilkums par apgūto pieredzi NIR pielietošanā projekta laikā Rezultāti: • Izstrādāti darba apraksti paraugu sagatavošanai un skanēšanai. • Veiktas analīzes kvalitatīvo pazīmju noteikšanai ar references metodēm, kas nepieciešamas kalibrējumu izveidošanai. • Izveidoti kalibrējumu modeļi RSQ=(0,1331-0,9935) Nākotnes plāni: • Turpināt darbu pie kalibrējumu precizitātes uzlabošanas • Jaunu kalibrējumu izveidošanas

14. Paldies par uzmanību! Darbs veikts Eiropas Sociālā fonda līdzfinansētā projektāVidei draudzīgu un ilgtspējīgu laukaugu šķirņu selekcijas tehnoloģiju izstrāde, pilnveidošana un ieviešana praksē Nr. 2009/0218/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/099