Secrets of science magazine 02/2024

Význam tématu

Rostoucí nároky na bezpečnost infrastruktury, zrychlení vývoje léčiv, ochranu zdraví při výrobě potravin a nápojů, kvalitu pitné vody, udržitelnost materiálů a kontrolu přírodních produktů kladou nové výzvy pro analytickou chemii. Moderní detekční technologie založené na optických senzorech, umělé inteligenci, přesné chromatografii a hmotové spektrometrii umožňují včasnou detekci rizik a optimalizaci procesů.

Cíle a přehled studie / článku

Časopis představuje následující témata:

• Vývoj monolitických vláknových senzorů pro integrované kontinuální monitorování průmyslových a stavebních konstrukcí.
• Implementace AI do návrhu a automatizované syntézy nových kandidátů na léčiva v projektu Exscientia.
• Automatizované vyhodnocování píků v GC–MS pomocí algoritmu Peakintelligence™ pro simultánní stanovení pesticidů ve vodě.
• Nová kritéria KTW-BWGL pro hodnocení hygienické nezávadnosti plastů ve styku s pitnou vodou včetně analýzy TOC.
• Kvantitativní HPLC stanovení kumarinu v květech svatojánského semínka (lobelky) pro výrobu májového vína.
• Využití holografických blazovaných difrakčních mřížek v spektroskopii pro nízké parazitní světlo a vysokou difrakční účinnost.
• Kompletní řada řešení pro analýzu kanabisu: homogenizace, extrakce, GC/LC–MS/MS stanovení kanabinoidů, terpenů, pesticidů, mykotoxinů a těžkých kovů.
• Postupy a metodika pro testování sekundárních stavebních materiálů v souladu s novou německou vyhláškou EBV za využití ICP–MS.

Použitá metodika a instrumentace

Mezi klíčové přístroje a techniky patří:

• Software LabSolutions Insight a Peakintelligence™ pro GC–MS (Shimadzu GCMS-QP2050, AOC-30i).
• LC–MS/MS platformy LCMS-8060NX, GCMS-TQ8050NX, HS-20 Headspace Sampler, NIST knihovna.
• Kompaktní iSeries® Plus HPLC-UV Cannabis Analyzer s automatizovanou přípravou vzorku.
• Mikrovlnná zařízení CEM EDGE pro urychlenou extrakci rozpouštědlem a MARS 6 pro mineralizaci vzorků.
• Laboratorní mlýny Retsch CryoMill, MM 500 control, ZM 300 pro kryogenní a suché homogenizační mletí.
• ICP–MS přístroj Shimadzu ICPMS-2050 pro stanovení stopových těžkých kovů.
• Monolitické fiber-optic senzory, plastické deformace PDS, FBG senzory s rozšířeným měřicím rozsahem.

Hlavní výsledky a diskuse

Monolitické optické senzory dosahují přesnosti lepší než 10 µε a prodlouženého měřicího rozsahu až 4 % deformace, umožňují detekci lokálních poruch ve strukturách. AI-platforma Exscientia zkracuje dobu návrhu kandidátů na léčiva až o polovinu a snižuje počet nezbytných syntéz. Peakintelligence™ řeší subjektivitu integrace chromatografických píků a minimalizuje zásahy obsluhy. Přísnější limity KTW-BWGL pro plastové komponenty lze dodržet analýzou TOC na systému Shimadzu TOC-L. HPLC stanovení kumarinu prokázalo bezpečnou koncentraci při extrakci do 5 h. Difrakční mřížky Shimadzu reunifikují nízké parazitní světlo a vysokou difrakční účinnost, aplikovatelné i ve vesmírné spektroskopii. Integrované řešení pro kanabisové analýzy přináší rychlost, opakovatelnost a multimodální kontrolu kvality. ICP-MS metoda spolehlivě měří těžké kovy v sekundárních stavebních materiálech dle EBV i při velmi nízkých detekčních limitech.

Přínosy a praktické využití metody

Vyvinuté přístupy nacházejí široké uplatnění v monitorování staveb, preventivní diagnostice mostů a tunelů, farmaceutickém výzkumu, agrární chemii, výrobě potravin a nápojů, recyklaci stavebních odpadů a zajištění kvality pitné vody. Systémy zvyšují spolehlivost výsledků, šetří čas i zdroje a snižují ekologickou stopu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace DFOS do inteligentních budov, rozvoj digitálních dvojčat inženýrských objektů, rozšíření AI-podpory v syntéze a analýze sloučenin, plně robotizované protokolové toky, prosazování udržitelného využití sekundárních surovin a špičkové spektroskopické přístroje i ve vesmírných misích.

Závěr

Issue 2/2024 magazínu “Secrets of Science” propojuje nejnovější trendy v optických senzorech, umělé inteligenci a analytické chemii. Představuje inovativní metody a nástroje, které otevírají nové možnosti pro rychlejší, spolehlivější a ekologičtější procesy ve výzkumu i průmyslu.