Новейшие технологии, представленные на выставке Pittcon 2023 в Филадельфии, отражают изменения и прогресс, произошедшие в мире за последние три года с момента проведения последней очной конференции до пандемии COVID-19. За это время новаторы в лабораторной сфере не только стремились сделать лабораторную работу быстрее, проще и точнее, но также реагировали на растущие требования рынка и нормативных требований и использовали самые современные методы для разработки решений текущих задач. . Вот три главные тенденции, которые мы заметили на Питтконе в этом году, выделяя ключевые приложения аналитической химии и технологии, которые могут сформировать «лабораторию будущего».
1. Искусственный интеллект становится новой нормой для оцифровки лабораторий
Одной из самых горячих тенденций на выставке Pittcon в этом году было применение искусственного интеллекта (ИИ) к цифровым лабораторным системам, включая системы управления лабораторной информацией (LIMS), аналитическое программное обеспечение и программирование бортовых приборов. ИИ и машинное обучение используются в лабораторных условиях различными способами, помогая во всем: от анализа данных LIMS до идентификации соединений, мониторинга и автоматизации приборов и многого другого.
LabWare, мировой лидер в области программного обеспечения для лабораторной информатики, объявила, что будет интегрировать науку о данных и машинное обучение в «структуру» своего программного обеспечения на «базовом уровне». Это объявление последовало за приобретением LabWare компании CompassRed в прошлом году, компании, специализирующейся на машинном обучении и прогнозной аналитике. Ожидается, что изменения помогут клиентам раскрыть весь потенциал своих данных LIMS, например, за счет улучшения информационных панелей ключевых показателей эффективности (KPI), которые могут помочь лабораториям выявлять тенденции и узкие места, прогнозировать результаты и оптимизировать рабочие процессы.
«В наши дни существует огромная потребность не только в сборе данных, но и в их понимании и применении к задачам ученых и руководителей лабораторий, не выводя их за рамки их обычных рабочих потоков», — сказал Патрик Каллахан, директор отдела расширенной аналитики в Лабораторное оборудование. «Именно здесь на помощь приходит аналитика LabWare, помогающая нашим клиентам исследовать и использовать полученные данные. Это будет иметь решающее значение, поскольку мы переходим к новым методам автоматизации и обнаружения».
Еще одно интересное объявление о применении ИИ поступило от JEOL, которая представила свое программное обеспечение msFineAnalysis AI, разработанное для системы JEOL JMS-T2000GC AccuTOF GC-Alpha. Программное обеспечение призвано помочь устранить «неизвестные» масс-спектры для анализа газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) с использованием двух инструментов ИИ, которые работают вместе для автоматизации и расширения поиска химических структур. Один компонент использует ИИ для прогнозирования масс-спектров электронной ионизации (EI) для 100 миллионов структур в базе данных PubChem, а другой прогнозирует наличие или отсутствие общих подструктур. В результате появилась возможность идентифицировать миллионы соединений, отсутствующих в доступных в настоящее время базах данных ГХ-МС. JEOL сообщает, что программному обеспечению требуется в среднем четыре секунды для выполнения структурного анализа одного компонента образца.
«Компьютерное определение химических структур по масс-спектрам и наоборот — предсказание масс-спектров ЭУ по химическим структурам — было целью с 1960-х годов», — сказал Чип Коди, научный сотрудник JEOL. «Эта цель, наконец, достигнута благодаря разработке JEOL msFineAnalysis AI».
Производители инструментов также используют ИИ для автоматизации лабораторий и упрощения обслуживания; например, новый автосэмплер Headspace серии 2000H с искусственным интеллектом от HTA srl. включает в себя непрерывную автоматическую оптимизацию рабочего процесса и тесты самодиагностики, которые позволяют применять стратегии профилактического обслуживания. Кроме того, пользователи 2000H могут использовать его возможности искусственного интеллекта для упрощения процесса технической поддержки; прибор будет генерировать QR-код при обнаружении проблемы, который соединяет пользователя с представителем службы поддержки и автоматически предоставляет представителю соответствующие данные с прибора, чтобы помочь им быстро диагностировать и решить проблему.
2. Растущий спрос на высококачественные батареи стимулирует инновации в области тестирования материалов.
Альтернативные источники энергии позволяют бороться с изменением климата, сокращать выбросы углерода и даже снижать затраты на энергию. Перезаряжаемые материалы для хранения энергии большой емкости, такие как литий-ионные (Li-ion) батареи, играют ключевую роль в достижении этих целей, и интерес к этим материалам резко возрос в последние годы. Например, по данным Международного энергетического агентства, продажи электромобилей почти удвоились в период с 2020 по 2021 год. В то же время технологии накопления энергии постоянно совершенствуются: плотность энергии аккумуляторов выросла со 100–150 Втч/кг в 2011 году до более чем 300 Втч/кг десятилетие спустя.
Быстро растущий спрос на высококачественные батареи привел к появлению многих технологических достижений, продемонстрированных на выставке Pittcon в этом году. Компания JEOL, представившая тему «Наука об энергии» на конференции этого года, выделила решения в области микроскопии и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для изучения характеристик аккумуляторов. Это включает в себя серию NMR ECZ Luminous от JEOL USA, которая оснащена системой многочастотного привода (MFDS), которая позволяет аналитикам выполнять несколько последовательностей импульсов на разных ядрах на одном радиочастотном (RF) канале в одном эксперименте. ЯМР позволяет напрямую наблюдать за динамикой ионов лития, а также используется для анализа продуктов разложения в литий-ионных батареях.
Компания JEOL также продемонстрировала недавно выпущенный JIB-PS500i, решение для сканирующей электронной микроскопии со сфокусированным ионным пучком (FIB-SEM), которое может подготовить ламели образца тоньше 30 нм для визуализации с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) с атомарным разрешением. JIB-PS500i также поддерживает анализ поверхности образца с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) в том же приборе и оснащен держателем образца с двойным наклоном, TEM-Linkage, для плавного переноса образца непосредственно в TEM. . FIB-SEM поддерживает структурный анализ и анализ дефектов ряда материалов, включая батареи, полупроводниковые материалы и квантовые материалы.
Еще одно новое решение для анализа аккумуляторов разработано подразделением TA Instruments корпорации Waters: решение для микрокалориметра Battery Cycler, которое сочетает в себе изотермический микрокалориметр TAM IV и программную платформу TAM Assistant с потенциостатом BioLogic VSP-300 для формирования интегрированной комплексной батареи. система анализа, которой можно беспрепятственно управлять через один интерфейс. Решение обеспечивает быстрые результаты экспериментов по циклированию аккумуляторов, включая измерения реакций образования границы твердого электролита (SEI), паразитных тепловых реакций, скорости саморазряда и т. д. Пользователи могут тестировать монеты, мешочки и батареи цилиндрического типа 18650 с помощью решения для микрокалориметра Battery Cycler с поддержкой одновременного тестирования до 12 батарей размером с монету.
«Такие инновации, как наше решение для микрокалориметра, работающего в режиме работы, являются революционными для будущего исследований и разработок в области аккумуляторов», — говорит Цзяньцин Беннетт, старший вице-президент Waters Corporation подразделения TA Instruments. «Это значительно сокращает время тестирования до 75%, помогая исследователям больше узнать о том, как батареи и их материалы ведут себя и изменяются как в термических, так и в электрохимических условиях. Точные данные, которые он предоставляет ученым, необходимы для обеспечения производительности и безопасности аккумуляторов».
Помимо выставочного зала, несколько технических сессий также касались методов подготовки и определения характеристик материалов для хранения энергии. Например, Сергей Мамедов из HORIBA Scientific представил метод определения структурных изменений в марганцевых, кобальтовых и никелевых катодах во время циклов заряда/разряда с использованием рамановской спектроскопии.
3. Новые природоохранные нормы привлекают внимание к испытаниям PFAS.
Пер- и полифторалкильные вещества (ПФАС), также известные как «вечные химические вещества», использовались в различных бытовых и промышленных продуктах с 1940-х годов, но широкое признание их воздействия на здоровье и окружающую среду появилось только в последние пару десятилетий. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) впервые начало регулировать PFAS в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами в 2002 году, а первый метод EPA для тестирования PFAS был опубликован в 2009 году. Менее чем полтора десятилетия спустя, и это когда-то мало -известный и малоизученный класс соединений стал объектом пристального внимания как государственных регуляторов, так и аналитиков в области экологических испытаний. Недавние обновления от EPA, такие как объявление о пятом нерегулируемом правиле мониторинга загрязняющих веществ для 29 PFAS в питьевой воде в 2021 году,
Компания Phenomenex представила на своем стенде портфель инструментов для экстракции и анализа PFAS, в том числе пробирки для твердофазной экстракции (ТФЭ) серии Strata, сертифицированные эталонные стандарты для методов EPA 533 и 537.1 и аналитические колонки для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), в том числе Колонки для ВЭЖХ Gemini и Kinetex C18, а также колонка Luna Omega PS C18 для приложений сверхвысокой производительности (СВЭЖХ). Phenomenex предлагает решения не только для анализа питьевой воды, но также для извлечения и тестирования ПФАС в отложениях, почвах, пищевых продуктах и биоте.
PromoChrom Technologies также продемонстрировала свою 8-канальную систему ТФЭ SPE-03 на выставочной площадке, чтобы показать, как полностью автоматизированный прибор поддерживает эффективность нескольких методов PFAS, включая методы EPA 533/537.1, проект метода EPA 1633 и ISO 21675. возможность параллельной обработки восьми проб, одна система SPE-03 позволяет анализировать 20 полевых проб в день, совмещая время анализа ЖХ-МС/МС с выделением следующей партии.
Анализ PFAS также был в центре внимания девяти стендовых докладов и почти двух десятков устных докладов в рамках программы конференции. Темы презентации включали исследования новых аналитических методов, тестирование различных матриц образцов и стратегии повышения эффективности утвержденных методов тестирования. В своем стендовом докладе под названием «Судебно-медицинская экспертиза загрязнения окружающей среды PFAS с помощью рамановской спектроскопии в крови рыб» Университет Олбани, аспирант SUNY Луис Перес-Альмодовар описал, как быстрое, портативное и доступное оборудование в сочетании с хемометрическим анализом может точно различать низкие и высокие концентрации ПФАС в крови окуня из загрязненных озер. В устном выступлении, Рут Марфил-Вега из Shimadzu Scientific Instruments представила стратегии достижения максимальной чувствительности в методах EPA 533 и 537.1 за счет оптимизации таких параметров, как температура интерфейса МС и положение зонда МС. Майк Чанг из Restek Corporation также представил одноколоночное решение для анализа ультракороткоцепных и короткоцепочечных ПФАС методом ЖХ-МС/МС в рамках серии устных презентаций на тему «Тенденции в анализе окружающей среды».
14 марта 2023 года, всего за несколько дней до конференции, Агентство по охране окружающей среды объявило о предлагаемом Национальном регламенте по первичной питьевой воде, который установит обязательный максимальный уровень загрязнения всего 4 ppt для ПФОК и ПФОС. Ожидается, что первые федеральные ограничения на уровни PFAS в питьевой воде вступят в силу к концу 2023 года, и ожидается, что анализ PFAS останется горячей темой на выставке Pittcon 2024.