7/30/2019 Applicazioni della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) nel settore ambientale, vegetale e agro-alimentare
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Applicazioni della spettroscopia dirisonanza magnetica nucleare (NMR) nelsettore ambientale, vegetale e agro-
alimentare
Dr. Pellegrino Conte
Dipartimento di Scienze del Suolo, dellaPianta e dellAmbiente
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
IhI
h
==
2Magnetic moment
gyromagnetic ratio
2
h=h Planck constant
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)CSA, strong dipolar couplings
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)Elimination of the Chemical Shift Anisotropy (CSA)
)1cos3(2
23
r
SIS
h
Magic angle spinning (MAS)
=
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Short introduction to the theory of nuclear
magnetic resonance spectroscopy (NMR)
Static, no decoupling
Static, decoupling
MAS, no decoupling
MAS, decoupling and/or CP
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Application of solid state NMR spectroscopy to the
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Application of solid state NMR spectroscopy to theanalysis of the soil organic matter
-200-1000100200300400
Mixture 1
OCT=6ms
A: COOH (CMC), C9 (Ferulic acid)
A
B: C3,4,7 (Ferulic acid)
B
C: C1,2 (Ferulic acid), Car(1-6) (HMB)
C
D: C5,6, 8 (Ferulic acid), C1 (CMC)D
E: C2-C5 (CMC), C1 (SDS)
E
F: C10 (Ferulic acid), -CH2O-, and C6 (CMC)
F
Chemical Shift (ppm)
G: C2-C11 (SDS)
G
H: C12 (SDS), Cal(7-12) (HMB)
H
-200-1000100200300400
Chemical Shift (ppm)
A
B
C
D
E
F
Mixture 2
OCT=1.2ms
G
H
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Application of solid state NMR spectroscopy to the
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Application of solid state NMR spectroscopy to theanalysis of the soil organic matter
Typical 13C-NMR spectra of natural organic matter in the solid state
ppm(t1)050100150200
A wood
ppm(t1)050100150200250
A protein (prion)
ppm(f1)-1000100200300
A humic acid
Carboxylic groups
Aromatic systems
Anomeric carbons
C-O groups (i.e. Carbohydrates)
C-N groups (i.e. peptides)
Aliphatic C
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5
36
13C-CPMAS
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28
13
199
176
131
107
75
60
35 28
14
69
49
70
39
29
Bulk HA
HA1
243
HA4
HA5
HA8
HA9
HA2 HA6 HA10
HA11HA3 HA7
01001502002500100150200250 50 010015020025050 50
Chemical Shift (ppm)
Analyses of Tea leaves by CPMAS 13C-NMR and 1H-HRMAS
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Analyses of Tea leaves byCPMAS 13C NMRand 1H HRMAS
Chemical Shift (ppm)-1000100200300
J
K
L
M
N
174
156
145
129
105
97
73
63
56
30
E
F
G
H
I
A
B
C
D
Chemical Shift (ppm)-1000100200300
Chemical Shift (ppm)-1000100200300
A = Star Green Tea
B = Gu Zhan Mao Jian Green Tea
C = Sir Winston
Green TeaD = ScelgoBio Green Tea
E = Star Black Tea
F = PG-Tips Black Tea
G = Gepa
Black TeaH = Twinings Lemon Scented Black Tea
I = Lipton Yellow Label Black Tea
J = Harrods n. 42 Earl Grey Tea
K = Darjeeling Earl Grey Tea
L = Twinings
Earl Grey TeaM = GS Earl Grey Tea
N = Infr Decaffeinated Tea
Analyses of Tea leaves by CPMAS 13C-NMR and 1H-HRMAS
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Analyses of Tea leaves by CPMAS 13C NMR and1H HRMAS
E = Star Black Tea
F = PG-Tips Black Tea
G = Gepa
Black TeaH = Twinings Lemon Scented Black Tea
I = Lipton Yellow Label Black Tea
A = Star Green Tea
B = Gu Zhan Mao Jian Green Tea
C = Sir Winston
Green TeaD = ScelgoBio Green Tea
J = Harrods n. 42 Earl Grey Tea
K = Darjeeling Earl Grey Tea
L = Twinings
Earl Grey TeaM = GS Earl Grey Tea
N = Infr Decaffeinated Tea
Analyses of Radish seeds during germination
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y g g
24h 48h 72h 96h
Analyses of Radish seeds during germination
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y g g
24h 48h 72h 96h
Tegument
Cotyledon
Roots
Analyses of Radish seeds during germination: CPMAS 13C-NMR
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y g g
ppm (t1)050100150200
0h
24h
48h
72h
Analyses of Radish seeds during germination: CPMAS 13C-NMR
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ppm (f1)-1000100200300
Cotyledon
0h
24h
72h
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
189-164 ppm 164-113 ppm 113-46 ppm 46-0 ppm
Content
(%)
0h
24h
72h
Cotyledon
Analyses of Radish seeds during germination: CPMAS 13C-NMR
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Tegument
ppm (f1)-1000100200300
0h
24h
72h
0
10
20
30
40
50
60
70
189-164 ppm 164-113 ppm 113-46 ppm 46-0 ppm
Content
(%)
0h
24h
72h
Tegument
Analyses of Radish seeds during germination: CPMAS 13C-NMR
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Roots
0h
24h
72h
ppm (f1)-1000100200300
0
10
20
30
40
50
60
70
189-164 ppm 164-113 ppm 113-46 ppm 46-0 ppm
Content
(%)
0h
24h
72h
Root
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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ppm (t1)0.05.010.0
24h
48h
72h
96h
Cotyledon
0h
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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Cotyledon
010
20
30
40
50
60
7080
90
100
8-6 ppm 6-5 ppm 4.5-3.0
ppm
3.0-2.5
ppm
2.5-0 ppm
Content(%) 0h
24h
48h
72h
96h
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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ppm (f1)0.05.010.0
24h
48h
96h
Tegument
0h
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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Tegument
0
5
10
15
20
25
30
35
40
8-6 ppm 6-5 ppm 4.5-3.0
ppm
3.0-2.5
ppm
2.5-0 ppm
Conten
t(%)
0h
24h
48h
96h
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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ppm(f1)0.05.010.0
0h
24h
48h
72h
96h
Roots
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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Roots
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
8-6 ppm 6-5 ppm 4.5-3.0
ppm
3.0-2.5
ppm
2.5-0 ppm
Conte
nt(%) 0h
24h
48h72h
96h
Analyses of Radish seeds during germination: HRMAS 1H-NMR
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40/42
0 24 48 72 960
10
20
30
40
50
60
70
80
90 4.5-3.0 ppm2.5-0 ppm
1H-HRMASContent
(%)
Time (h)
Roots
0 24 48 96
2468
10121416
1820222426283032343638 4.5-3.0 ppm
2.5-0 ppm
1H-HRMA
SContent(%)
Time (h)
Teguments
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
904.5-3.0 ppm2.5-0 ppm
1H-HRMA
SContent(%)
Time (H)
Cotyledons
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
10
20
30
40
50
60
70
80
4.5-3.0 ppm
2.5-0 ppm
1H-HRMASConten
t(%)
Time (h)
Total Seeds
Conclusions
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1. NMR spectroscopy is widely used for structural analyses of natural
products. Typical NMR spectra are obtained in liquid state by applyingmonodimensional sequences for measurements of proton and carbons,
or bidimensional sequences useful to obtain HC(=X) correlations
2. Unconventional uses of NMR spectroscopy are those involving solidstate samples and materials whose physical state is in between the solid
and the liquid one.
3. Solid state NMR spectroscopy allows analyses of soil organic matter andall the systems (i.e. soils, minerals, polymer blends, pharmaceutycal
products, and so on) hardly dissolving in the common deuterated
solvents.
4. High resolution magic angle spinning (HRMAS) NMR spectroscopy is
used for the analyses of complex mixtures such as plant residues or food
products.
CERMANU
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