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Musio B, Ragone R, Todisco S, Rizzuti A, Latronico M, Mastrorilli P, Pontrelli S, Intini N, Scapicchio P, Triggiani M, Di Noia T, Acquotti D, Airoldi C, Assfalg M, Barge A, Bateman L, Benevelli F, Bertelli D, Bertocchi F, Bieliauskas A, Borioni A, Caligiani A, Callone E, Čamra A, Cesare Marincola F, Chalasani D, Consonni R, Dambruoso P, Davalli S, David T, Diehl B, Donarski J, Gil AM, Gobetto R, Goldoni L, Hamon E, Harwood JS, Kobrlová A, Longobardi F, Luisi R, Mallamace D, Mammi S, Martin-Biran M, Mazzei P, Mele A, Milone S, Molero Vilchez D, Mulder RJ, Napoli C, Ragno D, Randazzo A, Rossi MC, Rotondo A, Šačkus A, Sáez Barajas E, Schievano E, Sitaram B, Stevanato L, Takis PG, Teipel J, Thomas F, Torregiani E, Valensin D, Veronesi M, Warren J, Wist J, Zailer-Hafer E, Zuccaccia C, Gallo V. A community-built calibration system: The case study of quantification of metabolites in grape juice by qNMR spectroscopy. Talanta 2020; 214:120855. [PMID: 32278434 DOI: 10.1016/j.talanta.2020.120855] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/12/2019] [Revised: 02/12/2020] [Accepted: 02/16/2020] [Indexed: 02/07/2023]
Abstract
Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is an analytical technique extensively used in almost every chemical laboratory for structural identification. This technique provides statistically equivalent signals in spite of using spectrometer with different hardware features and is successfully used for the traceability and quantification of analytes in food samples. Nevertheless, to date only a few internationally agreed guidelines have been reported on the use of NMR for quantitative analysis. The main goal of the present study is to provide a methodological pipeline to assess the reproducibility of NMR data produced for a given matrix by spectrometers from different manufacturers, with different magnetic field strengths, age and hardware configurations. The results have been analyzed through a sequence of chemometric tests to generate a community-built calibration system which was used to verify the performance of the spectrometers and the reproducibility of the predicted sample concentrations.
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Affiliation(s)
- Biagia Musio
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy.
| | - Rosa Ragone
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Stefano Todisco
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Antonino Rizzuti
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Mario Latronico
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Piero Mastrorilli
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Stefania Pontrelli
- Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy
| | - Nicola Intini
- Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy; Agenzia Regionale per la Prevenzione e la Protezione dell'Ambiente, ARPA Puglia, Corso Trieste 127, I-70126, Bari, Italy
| | - Pasquale Scapicchio
- SAMER (Special Agency of the Chamber of Commerce of Bari), Via E. Mola 19, I-70121, Bari, Italy; RETELAB (Italian Network of the laboratories of the Chambers of Commerce) and LACHIMER (Special Agency of the Chamber of Commerce of Foggia), Via Manfredonia Km 2,200, I-71121, Foggia, Italy
| | - Maurizio Triggiani
- Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy
| | - Tommaso Di Noia
- Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy
| | - Domenico Acquotti
- Centro Inter-dipartimentale Misure (CIM), Università degli Studi di Parma, Parco Area delle Scienze 23/A, I-43124, Parma, Italy
| | - Cristina Airoldi
- Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze, Università of Milano-Bicocca, P.zza della Scienza 2, I-20126, Milano, Italy
| | - Michael Assfalg
- Dipartimento di Biotecnologie, Università degli Studi di Verona, Cà Vignal 1, Strada le Grazie 15, I-37134, Verona, Italy
| | - Alessandro Barge
- Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università di Torino, Via Verdi 8, 10124, Torino, Italy
| | - Lorraine Bateman
- School of Chemistry and School of Pharmacy, Analytical and Biological Chemistry Research Facility, Synthesis and Solid State Pharmaceutical Centre, University College Cork, T12 K8AF, Ireland
| | - Francesca Benevelli
- Bruker Italia S.r.l., Viale V. Lancetti 43, I-20158, Milano, Italy; 7C-Consortium for NMR Research in Biotechnology and Material Science, Via Colombo 81, I-20133, Milano, Italy
| | - Davide Bertelli
- Dipartimento Scienze della Vita, Università di Modena e Reggio Emilia, Via campi 103, 41125, Modena, Italy
| | - Fabio Bertocchi
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università di Roma "Tor Vergata", Via della Ricerca Scientifica, 00133, Roma, Italy
| | - Aurimas Bieliauskas
- Institute of Synthetic Chemistry, Kaunas University of Technology, K. Baršausko Str. 59, LT-51423, Kaunas, Lithuania
| | - Anna Borioni
- Istituto Superiore di Sanità (ISS), Viale Regina Elena 299, I-00161, Roma, Italy
| | - Augusta Caligiani
- Dipartimento di Scienze degli Alimenti e del Farmaco, Università degli Studi di Parma, Parco Area delle Scienze 27/A, I-43124, Parma, Italy
| | - Emanuela Callone
- "K. Müller" Magnetic Resonance Lab., Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Trento, Via Sommarive 9, 38123, Trento (TN), Italy
| | - Ales Čamra
- General Directorate of Customs, Budějovická 7, 140 00, Prague, Czech Republic
| | - Flaminia Cesare Marincola
- Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche, Università di Cagliari, Cittadella Universitaria di Monserrato SS 554, I-09012 Monserrato (CA), Italy
| | - Dinesh Chalasani
- The United States Pharmacopeial Convention (USP), 12601 Twinbrook Parkway, Rockville, MD, 20852-1790, USA
| | - Roberto Consonni
- Istituto per lo Studio delle Macromolecole del Consiglio Nazionale delle Ricerche, (ISMAC-CNR), Laboratorio NMR, Via Bassini 15, I-20133, Milano, Italy
| | - Paolo Dambruoso
- Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISOF-CNR), Via P. Gobetti 101, 40129 Bologna, Italy
| | - Silvia Davalli
- Aptuit (Verona) S.r.l., Via Fleming 4, I-37135, Verona, Italy
| | - Taylor David
- The United States Pharmacopeial Convention (USP), 12601 Twinbrook Parkway, Rockville, MD, 20852-1790, USA
| | - Bernd Diehl
- Spectral Service AG, Emil-Hoffmann-Straße 33, 50996, Köln, Germany
| | - James Donarski
- Fera Science Ltd, National Agri-Food Innovation Campus, Sand Hutton, York, YO41 1LZ, United Kingdom
| | - Ana M Gil
- CICECO - Aveiro Institute of Materials, Department of Chemistry, Campus Universitario de Santiago, University of Aveiro, 3810-093, Aveiro, Portugal
| | - Roberto Gobetto
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria 7, 10125, Torino, Italy
| | - Luca Goldoni
- D3-PharmaChemistry, Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Via Morego 30, 16163, Genova, Italy
| | - Erwann Hamon
- Aérial, 250 Rue Laurent Fries - CS40443, 67412, Illkirch Cedex, France
| | - John S Harwood
- Purdue Interdepartmental NMR Facility, Weatherill Laboratory Room 365B 560, Oval Drive, West Lafayette, IN 47907-2084, Indiana, USA
| | - Andrea Kobrlová
- General Directorate of Customs, Budějovická 7, 140 00, Prague, Czech Republic
| | - Francesco Longobardi
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Bari "A. Moro", Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy
| | - Renzo Luisi
- Department of Pharmacy - Drug Sciences, University of Bari "A. Moro", FLAME-Lab - Flow Chemistry and Microreactor Technology Laboratory, Via E. Orabona 4, 70125, Bari, Italy
| | - Domenico Mallamace
- Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Università degli Studi di Messina, Viale F. Stagno d'Alcontres 31, I-98166, Messina, Italy
| | - Stefano Mammi
- Dipartimento di Scienze Chimiche, Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 1, I-35100, Padova, Italy
| | - Magali Martin-Biran
- Ctre Recherche Valorisation Application (CEREVAA), 12 Allée ISAAC NEWTON, 33650, Martillac, France
| | - Pierluigi Mazzei
- Università di Napoli Federico II, Centro Interdipartimentale di Risonanza Magnetica Nucleare (CERMANU), Via Università 100, 80055, Portici, Italy
| | - Andrea Mele
- Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering "Giulio Natta", Politecnico di Milano, Piazza L. da Vinci 32, 20133, Milano, Italy
| | - Salvatore Milone
- Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Abruzzo e del Molise "G. Caporale", Campo Boario, I-64100, Teramo, Italy
| | - Dolores Molero Vilchez
- Universidad Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n Aulario Facultad de Quimicas, 28040, Madrid, Spain
| | | | - Claudia Napoli
- Bruker Italia S.r.l., Viale V. Lancetti 43, I-20158, Milano, Italy
| | - Daniele Ragno
- Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Ferrara, Via L. Borsari 46, I-44121, Ferrara, Italy
| | - Antonio Randazzo
- Dipartimento di Farmacia, Università di Napoli, Via D. Montesano, 80131, Napoli, Italy
| | - Maria Cecilia Rossi
- Centro Interdipartimentale Grandi Strumenti (CIGS), Università di Modena e Reggio Emilia, Via G. Campi 213/A, 41125, Modena, Italy
| | - Archimede Rotondo
- Dipartimento di Scienze Biomediche, Odontoiatriche e delle Immagini Morfologiche e Funzionali (BIOMORF), Università di Messina, Piazza Pugliatti 1, 98122, Messina, Italy; Science4life s.r.l., Via Leonardo Sciascia Coop. Fede Pal.B, 98168, Messina, Italy
| | - Algirdas Šačkus
- Institute of Synthetic Chemistry, Kaunas University of Technology, K. Baršausko Str. 59, LT-51423, Kaunas, Lithuania
| | - Elena Sáez Barajas
- Universidad Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n Aulario Facultad de Quimicas, 28040, Madrid, Spain
| | - Elisabetta Schievano
- Dipartimento di Scienze Chimiche, Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 1, I-35100, Padova, Italy
| | - Bhavaraju Sitaram
- The United States Pharmacopeial Convention (USP), 12601 Twinbrook Parkway, Rockville, MD, 20852-1790, USA
| | - Livio Stevanato
- Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università di Torino, Via Verdi 8, 10124, Torino, Italy
| | - Panteleimon G Takis
- Consorzio Interuniversitario Risonanze Magnetiche di Metallo Proteine - CERM/CIRMMP, Via Luigi Sacconi 6, I-50019, Sesto Fiorentino (FI), Italy
| | - Jan Teipel
- Chemical and Veterinary Investigation Agency of East-Westphalia-Lippe, Westerfeldstraße 1, 32758, Detmold, Germany
| | - Freddy Thomas
- Eurofins Analytics France, 9 Rue P. A. Bobierre, BP42301, 44323, Nantes, France
| | - Elisabetta Torregiani
- Dipartimento di Scienze Chimiche, Università di Camerino, Via S. Agostino 1, 62032, Camerino, Italy
| | - Daniela Valensin
- Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia, Università di Siena, Via A. Moro 2, 53100, Siena, Italy
| | - Marina Veronesi
- D3-PharmaChemistry, Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Via Morego 30, 16163, Genova, Italy
| | - John Warren
- LGC Limited, Queen's Road, TW11 0LY, Teddington, United Kingdom
| | - Julien Wist
- Departamento de Quimica, Universidad del Valle, Calle 13 No 100-00, Cali, Colombia
| | | | - Cristiano Zuccaccia
- Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie, Università degli Studi di Perugia and CIRCC, Via Elce di Sotto 8, 06123, Perugia, Italy
| | - Vito Gallo
- Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh), Politecnico di Bari, Via Orabona 4, I-70125, Bari, Italy; Innovative Solutions S.r.l, Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci (BA), Italy; SAMER (Special Agency of the Chamber of Commerce of Bari), Via E. Mola 19, I-70121, Bari, Italy.
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Gallo V, Intini N, Mastrorilli P, Latronico M, Scapicchio P, Triggiani M, Bevilacqua V, Fanizzi P, Acquotti D, Airoldi C, Arnesano F, Assfalg M, Benevelli F, Bertelli D, Cagliani LR, Casadei L, Cesare Marincola F, Colafemmina G, Consonni R, Cosentino C, Davalli S, De Pascali SA, D'Aiuto V, Faccini A, Gobetto R, Lamanna R, Liguori F, Longobardi F, Mallamace D, Mazzei P, Menegazzo I, Milone S, Mucci A, Napoli C, Pertinhez T, Rizzuti A, Rocchigiani L, Schievano E, Sciubba F, Sobolev A, Tenori L, Valerio M. Performance Assessment in Fingerprinting and Multi Component Quantitative NMR Analyses. Anal Chem 2015; 87:6709-17. [PMID: 26020452 DOI: 10.1021/acs.analchem.5b00919] [Citation(s) in RCA: 40] [Impact Index Per Article: 4.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/17/2022]
Abstract
An interlaboratory comparison (ILC) was organized with the aim to set up quality control indicators suitable for multicomponent quantitative analysis by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. A total of 36 NMR data sets (corresponding to 1260 NMR spectra) were produced by 30 participants using 34 NMR spectrometers. The calibration line method was chosen for the quantification of a five-component model mixture. Results show that quantitative NMR is a robust quantification tool and that 26 out of 36 data sets resulted in statistically equivalent calibration lines for all considered NMR signals. The performance of each laboratory was assessed by means of a new performance index (named Qp-score) which is related to the difference between the experimental and the consensus values of the slope of the calibration lines. Laboratories endowed with a Qp-score falling within the suitable acceptability range are qualified to produce NMR spectra that can be considered statistically equivalent in terms of relative intensities of the signals. In addition, the specific response of nuclei to the experimental excitation/relaxation conditions was addressed by means of the parameter named NR. NR is related to the difference between the theoretical and the consensus slopes of the calibration lines and is specific for each signal produced by a well-defined set of acquisition parameters.
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Affiliation(s)
- Vito Gallo
- 1Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica, Politecnico di Bari, Via Orabona 4 CAMPUS, I-70125, Bari, Italy.,2SAMER (Special Agency of the Chamber of Commerce of Bari), Via E. Mola 19, I-70121, Bari, Italy.,3Innovative Solutions S.r.l., Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci, Bari, Italy
| | - Nicola Intini
- 3Innovative Solutions S.r.l., Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci, Bari, Italy
| | - Piero Mastrorilli
- 1Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica, Politecnico di Bari, Via Orabona 4 CAMPUS, I-70125, Bari, Italy.,3Innovative Solutions S.r.l., Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci, Bari, Italy
| | - Mario Latronico
- 1Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica, Politecnico di Bari, Via Orabona 4 CAMPUS, I-70125, Bari, Italy.,3Innovative Solutions S.r.l., Spin Off del Politecnico di Bari, Zona H 150/B, I-70015, Noci, Bari, Italy
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | - Antonino Rizzuti
- 1Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica, Politecnico di Bari, Via Orabona 4 CAMPUS, I-70125, Bari, Italy
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