Se presenta un método para la identificación de especies de material botánico mediante el análisis directo en bienes espectrometría de masas de alta resolución en tiempo y análisis estadístico multivariado.
Se demuestra que el análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real puede ser utilizado para producir perfiles espectrales de masas de material botánico, y que estas huellas químicas se pueden utilizar para la identificación de especies de plantas. Los datos espectrales de masa se pueden adquirir rápidamente y en un alto rendimiento de forma sin la necesidad de extracción de muestras, de derivatización o de ajuste de pH pasos. El uso de esta técnica evita los retos presentados por las técnicas más convencionales, incluyendo los tiempos de análisis de cromatografía de largo y métodos de uso intensivo de recursos. Las altas capacidades de rendimiento del análisis directo en tiempo real de alta resolución protocolo de espectrometría de masas, junto con multivariado de procesamiento análisis estadístico de los datos, proporcionan no sólo la caracterización clase de plantas, pero también producen especies y variedades información. Aquí, la técnica se muestra con dos productos psicoactivos de plantas, Mitragyna speciosa (Kratom) y Datura(Estramonio), que fueron sometidos a análisis de espectrometría de masas directa en la resolución en tiempo real de alta seguido por el procesamiento del análisis estadístico de los datos del espectro de masas. La aplicación de estas herramientas en tándem permitió a los materiales vegetales que se identificaron rápidamente a nivel de la variedad y la especie.
Durante miles de años, los productos naturales psicoactivas se han utilizado en los rituales chamánicos, abusado por sus atributos que alteran la mente, y se consume por sus propiedades medicinales. La ingestión de estas plantas y sustancias de origen vegetal relacionados puede ser importante en áreas donde son endémicas, y tienen importancia social y económica. Sin embargo, recientemente, ha habido un aumento dramático en el uso de estos medicamentos "naturales" debido a la facilidad de acceso a través de comercio por Internet. La percepción de que estas sustancias son seguros de usar, junto con un mayor represión de la posesión y uso de drogas más tradicionales de abuso y sustancias sintéticas, han contribuido al aumento en el abuso de drogas de origen vegetal. En general, es difícil por la visualización de distinguir entre estos productos y material vegetal inofensivo, y por lo tanto existe un interés en el desarrollo de métodos que se pueden utilizar identificar estos productos. Sin embargo, los métodos analíticos convencionales para la plantaidentificación de las especies están consumiendo tiempo y poco práctico para llevar a cabo. Por otra parte, el proceso de desarrollo de los métodos es el tiempo y muchos recursos. Estos factores han hecho que la elaboración de la legislación para frenar el uso de estas sustancias se queda atrás la tasa de escalada de su abuso. Por lo tanto, hay pocas leyes que regulan la producción, la fabricación, la venta y el consumo de muchos de estos psicoactivos naturales y, como tal, hay cientos de plantas de abuso disposición de los usuarios en miles de formas diferentes. 1,2
Dos de tales medicamentos a base de plantas de abuso son Mitragyna speciosa, conocida comúnmente como Kratom, y las plantas del género Datura, a saber, D. stramonium, D. y D. ferox inoxia. Kratom y Datura son no programados en los Estados Unidos, pero la Administración Antinarcóticos considerada tanto como fármacos de interés. 3,4 Kratom se caracteriza por la presencia de los compuestos psicoactivos mitragyna unand 7-hydroxymitragynine, así como otros alcaloides no psicoactivos que incluyen mitraphylline, paynantheine, corynoxeine, y rhynchophylline. 4-8 Las propiedades psicoactivas de Datura spp. se atribuyen a la atropina y escopolamina, sino una variedad de han sido identificados en las plantas de otros alcaloides de tropano. 9-12 Tanto Kratom y Datura han sido implicados en las intoxicaciones y muertes, y es cada vez más necesario en ambos contextos forenses y toxicológicos su identificación, como el abuso de estos productos va en aumento. 13-16
Por grandes y los métodos tradicionales utilizados para el análisis de material forense de drogas, tales como pruebas de color, microscopía, y Raman y espectroscopia infrarroja, se utilizan en una / capacidad de presunción regla de salida regla de entrada. Técnicas combinadas como la CG-EM cromatografía y espectrometría de masa líquida (LC-MS), son métodos de análisis confirmatorios basados en la comparación de los perfiles de los analitos detectadosal Grupo de Trabajo Científico sobre análisis de drogas incautadas (SWGDRUG) las normas de la biblioteca. 17 Las etapas de tratamiento de la muestra que se realizan antes del análisis, incluyendo la pulverización, extracción, derivatización y la evaporación, se pueden añadir horas para el tiempo de ejecución y adulterar la muestra, 9,11 18,19, la toma de análisis de drogas botánicas menos de sencillo comparado con el de otras drogas tradicionales de abuso como la cocaína o la heroína. Por otra parte, los programas cromatográficas individuales deben ser desarrollados para cada producto de interés, lo que hace que la implementación de protocolos normalizados de trabajo para cada especie o variedad de medicamentos a base de plantas de abuso muy poco práctico para el trabajo de casos de rutina.
El análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real es una técnica de espectrometría de masas de ionización ambiental que evita algunos de los problemas asociados con los métodos analíticos convencionales. Gases, líquidos, sólidos, polvos, placas de TLC y mater plantaial, pueden ser analizadas directamente mediante análisis directo en tiempo real de alta resolución espectrometría de masas, y ambos compuestos polares y no polares se puede detectar fácilmente en matrices complejas. 20-22 Además, los estudios han demostrado que los compuestos psicoactivos pueden ser identificados rápidamente en material vegetal mediante el análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real, y la información específica de la especie se puede extraer de procesamiento estadístico de los datos del espectro de masas. 22-26
Aquí, se demuestra que el análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real se puede utilizar para evaluar rápidamente diversos materiales vegetales (es decir, plantas, polvos, extractos y semillas) por sus componentes psicoactivos, y que las especies y variedades de la planta- productos derivados se pueden determinar de una manera rápida y de alto rendimiento. El análisis del material botánico forense relevante sin la necesidad de etapas de preparación de muestras o larga cromatográficotiempos de ejecución de análisis, además de la identificación de especies de plantas se informa.
La capacidad de identificar los medicamentos a base de plantas de abuso es de creciente necesidad debido al aumento dramático en la comercialización, venta y consumo de sustancias psicoactivas no programadas. 2 Los métodos tradicionales para la identificación del material botánico por lo general implican la caracterización de las características físicas, junto con el análisis de la componentes químicos por métodos de espectrometría de masa de cromatografía-guión. Sin embargo, ambos enfoques presentan desafíos para el análisis simplificado. Las características físicas de las plantas a menudo se destruyen cuando se secan las plantas, pulverizados o extraído durante el proceso de fabricación y, como tal, a menudo es difícil distinguir un tipo de producto psicotrópico a base de plantas de otro sobre la base de características físicos. 23 Análisis por los métodos de espectrometría de masa de cromatografía-pueden permitir la identificación de los compuestos psicoactivos en matrices vegetales, pero la preparación de la muestra y el desarrollo del método es un momentond intensivo en recursos, y la creación de nuevos protocolos para cada clase o especie de drogas a base de plantas de abuso es poco práctico en muchos laboratorios de química forense.
El análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real, evita algunos de estos retos, como matrices complejas, tales como hojas, polvos, extractos y semillas pueden ser analizados con poca preparación de la muestra. A pesar de las complejas matrices de los materiales incluidos en la muestra aquí, los constituyentes psicoactivas eran fácilmente identificables, incluso a concentraciones de nanogramos, 21 debido a la alta sensibilidad del espectrómetro de masas. Semillas, hojas y polvos se demostraron ser analizado fácilmente por análisis directo en la espectrometría de masas de resolución de tiempo alto real, y una variedad de otros tipos de materiales también pueden tomarse muestras de la misma manera, incluyendo TLC placas, moneda, tabletas, flores, microextracción en fase sólida (SPME) y fibras cubiertas puparial incluso insectos. 21-22 A través de la masa exacta analisis, elemental determinación composición y isótopo a juego, biomarcadores y compuestos de interés se pueden identificar, independientemente de si los compuestos están contenidos en una hoja, manchado sobre una placa de TLC o recubierto en un tubo capilar.
El análisis directo en la metodología en tiempo real espectrometría de masas de alta resolución se puede utilizar para el análisis aerodinámico, ya que hay muy pocos parámetros que necesitan ser modificada a partir de un experimento a otro. El análisis puede realizarse en-ion positivo o modo de ion negativo, y las moléculas de hasta 3000 amu se puede detectar en ambos casos. Ionización en modo de ion positivo se produce por transferencia de protones a partir de grupos de agua activados, 21 y cualquier compuesto con una afinidad protónica mayor que la del agua será ionizado. Aquí, el modo de ion positivo se utilizó debido a la alta afinidad protónica de alcaloides, lo que hace que sean fácilmente ionizados por protonación. Análisis en modo de ion negativo se puede utilizar para la detección exitosa de Hydrocarbons (como O 2 aductos) 21, material explosivo 27 y ácidos orgánicos tales como el artesunato en los medicamentos de la malaria. 28 Debido al método de ionización de transferencia de protones y la incapacidad para producir iones múltiplemente cargadas, el análisis directo de la masa tiempo real, alta resolución espectrometría se limita principalmente al análisis de pequeñas moléculas de hasta 3000 amu.
Aparte de modo de ionización, la temperatura de la fuente de iones es un parámetro importante y la temperatura apropiada depende en gran medida de que se analiza la muestra. Por ejemplo, es importante la utilización de temperaturas más bajas (~ 250 ° C) para el análisis de fibra de SPME para evitar la destrucción del material de revestimiento sobre la fibra, mientras que las temperaturas más altas (~ 500 ° C) se debe utilizar para el análisis de aminoácidos para la desorción y ionización subsiguiente. Aquí, los análisis material de la planta se llevaron a cabo a 350 ° C, ya que esto permite para la ionización de los alcaloides y otros compuestos de interés consin causar pirólisis de compuestos en la matriz de la planta.
El análisis directo en el análisis en tiempo real de alta resolución espectrometría de masas no sólo permite la identificación de los componentes psicoactivos de la materia vegetal a base de masas precisas, determinación de la composición elemental y coincidente isótopo, sino que también produce huellas químicas únicas que pueden ser explotadas para identificar especies mediante El análisis estadístico multivariado con resultados altamente reproducibles, incluso con conjuntos de datos más pequeños. análisis estadístico multivariante se ha aplicado a una amplia variedad de análisis directo en los datos de espectrometría de masas de tiempo real, de alta resolución, incluyendo la que deriva de la madera, cubiertas puparial, semillas, material de hojas, y fuelstocks biodiesel, mostrando la versatilidad y la reproducibilidad del método. 22-26 las capacidades de alto rendimiento de análisis directo en la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real, permiten la adquisición de grandes cantidades de masa SPECTRcol datos en un corto período de tiempo, y el gran número de repeticiones necesarias para el análisis estadístico se adquieren fácilmente utilizando este método. El análisis directo en bienes resolución espectrometría de masas de tiempo de alta conjunto de datos de espectro de masas de Datura y Kratom se compone de más de 100 espectros individuales que fueron recogidos con menos de una hora de tiempo de la inversión total. Para obtener el mismo número de espectros utilizando GC-MS con un programa de temperatura del horno de 30 minutos tomaría aproximadamente 50 horas, sin tener en cuenta el tiempo de descuento para los pasos de preparación de muestras, tales como extracción o derivatización.
Análisis de componentes principales puede ser utilizado para poner de relieve las variaciones entre conjuntos de sustancias vegetales basados en la presencia y la intensidad de masas de entidades seleccionadas. El procesamiento de análisis estadístico proporciona la identificación de especies, así como la información varietal. Otros métodos de análisis estadístico, como el análisis de agrupamiento jerárquico (HCA), también puede seraplicado sin la selección a priori de las masas de características. Los resultados de HCA de huellas químicas integrales muestran que el análisis estadístico sin supervisión puede ser aplicado con éxito para la identificación de especies de fármacos basados en plantas de abuso. 25
La discriminación de especies de material botánico forense mediante el análisis directo de la espectrometría de masas de alta resolución en tiempo real, se demostró utilizando la identificación de compuestos psicotrópicos y otros biomarcadores en los espectros de masas de ionización suave, y la aplicación del análisis estadístico multivariado. La aplicación de dos tipos de análisis estadísticos revelaron no sólo que la clase de un medicamento a base de plantas de abuso puede ser identificado, sino también que la variedad y la especie de dicho fármaco se puede determinar en base a las huellas digitales químicas únicas observadas por análisis directo en tiempo real de alta resolución de la espectrometría de masas. El método aquí presentado permite la rápida, la identificación de alto rendimiento de misustancias nd-alterando de una manera que evita los problemas encontrados en los métodos analíticos convencionales, y proporciona a los laboratorios forenses con un medio para caracterizar e identificar material vegetal psicoactiva sin tiempo y recursos de desarrollo de métodos intensivos. Este protocolo se puede extender a la diferenciación de especies de una gran variedad de otros materiales derivados de las plantas. 22-26
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen la Universidad de Albany-SUNY Presidencial Fondo de Iniciativas de Investigación y Becas en Ciencias Forenses y la concesión de ciberseguridad, una beca de la Fundación Nacional de Ciencia (Grant # 1310350) y una subvención del Instituto Nacional de Justicia (Grant # 2015-DN-BX K057) de RAM. También reconocemos Justine E. Giffen para la toma de las fotografías de los materiales vegetales.
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 |