リアルタイム高分解能質量分析および多変量統計解析で直接分析による植物材料の種の同定のための方法が提供されます。
我々は、実時間の高分解能質量分析で直接分析は、植物材料の質量スペクトルプロファイルを生成するために使用され得ることを実証し、これらの化学フィンガープリントは、植物種の同定に使用することができます。質量スペクトルデータは、サンプル抽出、誘導体化またはpH調整工程を必要とせずに、迅速かつハイスループットな方法で取得することができます。この技術の使用は、長いクロマトグラフィー分析時間とリソースを消費する方法を含む、より多くの従来の技法によって提示された課題をバイパスします。データの多変量統計解析処理と結合リアルタイム高分解能質量分析プロトコルで直接分析のハイスループット能力は、植物だけでなく、クラスの特徴付けを提供するだけでなく、種および品種の情報を得ます。ここで、技術は2精神植物製品、Mitragynaスペシオサ (Kratom)とチョウセンアサガオで実証されています質量スペクトルデータの統計分析処理に続くリアルタイム高分解能質量分析で直接分析に供した(Jimsonweed)。タンデムでのこれらのツールの適用は、急速に多様性と種のレベルで識別される植物材料を可能にしました。
千年のために、精神天然物は、シャーマンの儀式で使用されてきた彼らの心を変化させるの属性に虐待され、その薬効成分のために消費します。これらの植物および関連植物系物質の摂取は、彼らが流行している、と彼らは社会的、経済的な重要性を持っている分野で重要になります。しかし、最近のインターネット商取引を通じ、アクセシビリティの容易さのために、これらの "自然な"薬の使用が劇的に上昇がありました。虐待や合成物質のより伝統的な薬物の所持や使用上の増加取り締まりに結合されたこれらの物質は使用しても安全であるという認識は、植物系薬物の乱用にスパイクに貢献してきました。それは、これらの製品と無害な植物材料を区別するために可視化することにより一般的に困難であり、したがって、これらの製品を識別に使用することができる方法を開発することに関心があります。植物のためしかし、従来の分析方法種の同定には、時間がかかり、実行することが非実用的です。また、方法の開発プロセスは、時間及び資源集約的です。これらの要因は、法律のクラフトは、これらの物質の使用を抑制するために作ったこれまで彼らの乱用でエスカレーションの速度に後れを取ります。したがって、これらの自然psychoactivesの多くの生産、製造、販売、消費を調節し、そのようなものとして、異なる形式の何千人ものユーザーに利用可能な虐待の植物の何百もあるいくつかの法律があります。1,2
虐待の二つのような植物系薬剤は、 チョウセンアサガオ属 、すなわちDからMitragyna一般的にKratomとして知られているスペシオサ、および植物であります朝鮮朝顔、D. feroxとD. inoxia。Kratomとチョウセンアサガオは、米国で予定外ですが、麻薬取締は懸念の薬の両方としてリストされています。3,4 Kratomは精神化合物が存在することを特徴とするmitragynineND 7-hydroxymitragynine、ならびにmitraphylline、paynantheine、corynoxeine、およびrhynchophyllineを含む他の非精神アルカロイド。 チョウセンアサガオ属の4-8精神的特性。アトロピン及びスコポラミンに起因しているが、他のトロパンアルカロイドの様々な植物で同定されている。9月12日 Kratomとチョウセンアサガオの両方が中毒や死亡事故に関与していると、その識別が両方法医学および毒物学的な文脈でますます必要である、などこれらの製品の乱用が増加している。13-16
大規模な、そのような色試験、顕微鏡検査、およびラマン及び赤外分光法などの法医学薬物物質の分析に使用される伝統的な方法は、ルール内の/ルールアウト推定容量で使用されています。このようなGC-MS及び液体クロマトグラフィー – 質量分析(LC-MS)などのハイフンの技術は、検出された検体のプロファイルの比較に基づいて、確認分析法であります押収医薬品の分析(SWGDRUG)ライブラリ規格に関する科学ワーキンググループに17粉砕、抽出、誘導体化および蒸発などの分析前に行われているサンプル処理工程は、実行時に時間を追加して、サンプルを混ぜ物ができ、9,11 、コカインやヘロインなどの虐待の他の伝統的な薬のそれに比べて単純明快未満の植物薬の18,19作り分析。また、個々のクロマトグラフィー・プログラムは、それぞれの種または日常ケースワークのための非常に非現実的虐待の植物ベースの薬剤の様々な標準的な動作プロトコルの実装を行い、目的のすべての製品のために開発する必要があります。
リアルタイム高分解能質量分析で直接分析は、従来の分析方法に関連する課題のいくつかを回避する周囲のイオン化質量分析技術です。気体、液体、固体、粉末、TLCプレートおよび植物母校IALはすべてリアルタイム高分解能質量分析で直接分析を用いて直接分析することができ、極性および非極性化合物の両方を容易に複雑なマトリックス中で検出することができる。20-22。さらに、研究は、精神活性化合物を迅速に同定することができることを示していますリアルタイム高分解能質量分析で直接分析、及び種特異的情報による植物材料は、質量スペクトルデータの統計処理から収集することができる。22-26
ここでは、実時間の高分解能質量分析で直接分析を迅速に精神活性成分のための様々な植物材料( すなわち、植物、粉末、抽出物および種子)を評価するために使用され得ることを実証し、そのplant-の種および変種派生した製品は、迅速かつハイスループットな方法で決定することができます。サンプル調製手順や長いクロマトグラフを必要とすることなく、フォレンジック関連する植物材料の分析植物種の同定に加えて、分析の実行時間は、報告されています。
虐待の植物系薬剤を同定する能力が原因で予定外の向精神物質の劇的なマーケティング、販売の上昇や消費への必要性を増している。植物材料の同定のための2伝統的な方法は、通常の分析と相まって身体的特徴の特性を伴いますハイフネーションされたクロマトグラフィー – 質量分析法により化学成分。しかし、これらのアプローチ合理化分析に存在する課題の両方。植物は、乾燥粉砕または製造工程中に抽出し、そのようなものとして、単独で物理的特徴に基づいて、別の植物ベースの精神製品の種類を区別することはしばしば困難である場合、植物の物理的特徴は、多くの場合、破壊される。23分析によるクロマトグラフ – 質量分析法は、植物マトリックス中の精神化合物の同定を可能にすることができるが、試料調製及び方法の開発は、時間AでありますND資源集約し、各クラスまたは乱用の植物ベースの薬剤の種のための新しいプロトコルの作成は、多くの法医学化学研究所では非現実的です。
このような葉、粉末、抽出物や種子などの複雑なマトリックスは少し試料調製と分析することができるようにリアルタイム・高分解能質量分析での直接分析は、これらの課題のいくつかを回避します。ここでサンプリングされた材料の複雑なマトリックスにもかかわらず、精神成分が原因で、質量分析計の高感度に、21でもナノグラム濃度で、容易に識別可能でした。 、種子、葉粉末を容易に実時間の高分解能質量分析で直接分析によって分析されることが実証された、および材料の他の様々なタイプのも、TLCプレート、通貨、錠剤、花など、同様にサンプリングすることができます固相マイクロ抽出(SPME)繊維、さらには昆虫puparialケーシング。正確な質量ANAを通して21-22溶解、元素組成の決意及びアイソトープマッチング、バイオマーカーおよび関心対象の化合物にかかわらず、化合物は、葉に含まれているかどうかの、TLCプレート上にスポットまたは毛細管上にコーティングされた、同定することができます。
実験を実験から変更する必要が非常にいくつかのパラメータが存在するようにリアルタイム高分解能質量分析法で直接分析を合理化分析のために使用することができます。分析は、正イオンまたは負イオンモードで行うことができ、最大3,000原子質量単位の分子は、いずれの場合も検出することができます。正イオンモードのイオン化は、活性化された水クラスタからのプロトン移動によって発生21および水よりも高いプロトン親和性を有する任意の化合物がイオン化されます。ここでは、正イオンモードがあるため、それらを容易にプロトン化によってイオン化させるアルカロイドの高いプロトン親和性を使用しました。負イオンモードでの分析は、ハイドロの成功を検出するために使用することができますアドオン21、爆発物27とによりプロトン移動のイオン化法及び多価イオン、リアルタイム・高分解能質量で直接分析を生成することができないことに、このようなマラリア薬でアーテスネート。28のような有機酸(O 2付加物など)分析は、主に最大3000 AMUの小分子の分析に限定されています。
イオン化モード以外の、イオン源の温度は重要なパラメータであり、適切な温度は、主に、サンプルが分析さに依存します。例えば、それは、より高い温度(〜500℃)脱離のためにアミノ酸分析のために使用されるべきであるが、繊維上にコーティング材料の破壊を防止するために、SPME繊維分析のために、より低い温度(〜250℃)を使用することが重要であり、かつその後のイオン化。これはアルカロイドとと利益の他の化合物のイオン化を可能にするようにここでは、植物材料の分析は、350℃で実施しました植物マトリックス中の化合物の熱分解を引き起こしアウト。
リアルタイム高分解能質量分析法で直接分析は、正確な質量に基づいて、植物材料の精神活性成分の同定、元素組成の決意とアイソトープ・マッチングを可能にするだけでなく、使用した種の同定のために利用することができる独特の化学フィンガープリントを生成しますさらに小さいデータセットで再現性の高い結果と多変量統計解析、。多変量統計解析は、本方法の汎用性と再現性を展示、木材、puparialケーシング、種子、葉材料、およびバイオディーゼルfuelstocksに由来するものを含む、リアルタイム高分解能質量分析データに直接分析の広範囲に適用されています。リアルタイム高分解能質量分析で直接分析の22-26高スループット能力は、質量SPECTR大量の取得を可能にしますアル短時間でデータ、および統計分析のために必要な反復の数が多い簡単に、この方法を使用して取得されます。 チョウセンアサガオとKratomのリアルタイム・高分解能質量分析質量スペクトルデータセットの直接分析は、全時間の投資の時間未満で収集した100以上の個々のスペクトルで構成されていました。 30分間のオーブン温度プログラムを用いてGC-MSを用いたスペクトルの同じ数を得るために、抽出または誘導体化などのサンプル調製手順のための追加時間を考慮することなく、約50時間を要するであろう。
主成分分析は、選択された特徴の塊の存在および強度に基づいて植物の物質のセット間の変化を強調するために使用することができます。統計解析処理は、種の同定、並びに品種の情報を提供します。このような階層的クラスタリング分析(HCA)のような統計分析の他の方法もあることができます特徴塊の事前選択なしに適用されます。包括的な化学指紋のHCAの結果は、教師なし統計分析が正常に乱用の植物性薬物の種同定のために適用することができることを示す。25
リアルタイム高分解能質量分析で直接分析によって法医学植物材料の種類の判別は、向精神性化合物とソフトイオン化質量スペクトルにおける他のバイオマーカーの同定、および多変量統計解析のアプリケーションを使用して実証されました。統計分析の2つのタイプのアプリケーションは、明らかではないだけで乱用の植物系薬剤のクラスを識別することができるだけでなく、その多様性と薬物が直接分析によって観察独特の化学フィンガープリントに基づいて決定することができる前記の種リアルタイム高分解能質量分析。ここに提示された方法は、MIの迅速、ハイスループット同定を可能に従来の分析方法で遭遇する課題を回避し、特性評価および時間なし精神植物材料を特定し、集中的な方法の開発を資源する手段を法医学研究室を提供していた方法で物質をND-変えます。このプロトコルは、他の植物由来の材料の種々の種分化に拡張することができる。22-26
The authors have nothing to disclose.
作者は感謝して研究アルバニーSUNY大統領の取り組み基金で大学や科学捜査とサイバーセキュリティ助成金、国立科学財団の助成金(グラント#1310350)および国立研究所司法の助成金(助成金#2015-DN-BX-で奨学金を認めますRAMへのK057)。我々はまた、植物材料の写真を撮るためにジャスティン・E.ギッフェンを認めます。
AccuTOF Mass Spectrometer | JEOL USA, Inc. | ||
DART-SVP Ion Source | IonSense, Inc. | DART-SVP | |
Linear Rail System | IonSense, Inc. | HW-10029 | |
Hole puncher (6 mm) | Swingline | A7074005 | |
One-Pint Compact Ultrasonic Cleaner | Cole-Palmer | EQ-08849-00 | |
1.5 mL Eppendorf Microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 02-682-550 | |
AccuSpin Micro 17R Centrifuge | Fisher Scientific | 13-100676 | |
#9 Stainless Steel Razor blade | Stanley | 11-515 | |
Dip-it Tip Holder | IonSense, Inc. | SCT-70003 | |
Dip-it Tips | IonSense, Inc. | DPT-110 | |
Melting Point Capillary | Krackeler Scientific | 1-9530-3 | |
Polyethylene glycol (600) | Sigma Aldrich | 81180 | |
Rifat Kratom Live Plant | World Seed Supply Kratom Collection | LIVEKRATOMPLANT | |
Bali Kratom Dried Leaf | The Kratom King | OZKRAPCOM | |
Bali Kratom Powder | The Kratom King | OZKRAPCOMPOW | |
Datura stramonium seeds | Horizon Herbs LLC | PDATUJ | |
Datura inoxia seeds | Horizon Herbs LLC | PDATUM | |
Datura ferox seeds | Georgia Vines | 255/737 | |
Ethanol, anhydrous | Krackeler Scientific | 1328-E402-4L | |
Mass Mountaineer Spectral Analysis Software | mass-spec-software.com | MM-20030-PCA-DVD | |
TSSPro3 Data Processing/Data Reduction Software | Shrader Labs | ||
Cluster 3.0 | http://bonsai.hgc.jp/~mdehoon/software/cluster/software.htm | Open Source Software | |
Java Treeview | http://jtreeview.sourceforge.net/ | Open Source Software |