Fizzy Extraction de composés organiques volatils combinés avec la météorologie chimique à pression atmosphérique Spectrométrie de masse quadripolaire
Summary
Fizzy extraction est une nouvelle technique de laboratoire pour l'analyse de composés volatils et semi-volatils. Un gaz porteur est dissous dans l'échantillon liquide en appliquant une surpression et en agitant l'échantillon. La chambre d'échantillonnage est ensuite décompressée. Les espèces d'analyte sont libérées à la phase gazeuse en raison de l'effervescence.
Abstract
L'analyse chimique des composés volatils et semi-volatils dissous dans des échantillons liquides peut être difficile. Les composants dissous doivent être amenés à la phase gazeuse et transférés efficacement vers un système de détection. L'extraction froide profite du phénomène d'effervescence. Tout d'abord, un gaz porteur (ici, dioxyde de carbone) est dissous dans l'échantillon en appliquant une surpression et en remuant l'échantillon. Deuxièmement, la chambre d'échantillonnage est décompressée brusquement. La décomposition conduit à la formation de nombreuses bulles de gaz porteurs dans le liquide échantillon. Ces bulles assurent la libération des espèces d'analyte dissous du liquide à la phase gazeuse. Les analytes libérés sont immédiatement transférés à l'interface d'ionisation chimique à pression atmosphérique d'un spectromètre de masse triple quadripôle. Les espèces d'analyte ionisables donnent lieu à des signaux spectrométriques de masse dans le domaine temporel. Parce que la libération de l'espèce d'analyte se produit sur de courtes périodes (quelques secondesOnds), les signaux temporels ont des amplitudes élevées et des rapports signal / bruit élevés. Les amplitudes et les zones des pics temporels peuvent ensuite être corrélées avec les concentrations des analytes dans les échantillons liquides soumis à une extraction gazeuse, ce qui permet une analyse quantitative. Les avantages de l'extraction gazeuse comprennent: la simplicité, la vitesse et l'utilisation limitée de produits chimiques (solvants).
Introduction
Divers phénomènes observés dans la nature et dans la vie quotidienne sont liés aux équilibres de phase gaz-liquide. Le dioxyde de carbone est dissous dans des boissons douces et alcoolisées sous pression élevée. Quand une bouteille d'une telle boisson gazeuse est ouverte, la pression baisse et les bulles de gaz se précipitent vers la surface du liquide. Dans ce cas, l'effervescence améliore les propriétés organoleptiques des boissons. La libération de bulles de gaz est également la cause principale de la maladie de décompression ("les virages") 1 . En raison de la décompression soudaine, les bulles se forment dans les corps des plongeurs. Les personnes souffrant de la maladie de décompression sont traitées dans des chambres hyperbare.
Les bulles de gaz ont diverses applications en chimie analytique. Notamment, les méthodes de pulvérisation reposent sur le passage de bulles de gaz à travers des échantillons liquides pour extraire les composés volatils 2 . Par exemple, une méthode appelée "purge-closed loop" est combinée avec la chromatographie en phase gazeuse pour permettre une analyse rapide de diVolatils dissous 3 . Alors que le vaporisateur peut extraire continuellement des substances volatiles au fil du temps, il ne les confine pas dans l'espace ou dans le temps. Les espèces en phase gazeuse libérées doivent être piégées et, dans certains cas, concentrées en appliquant un programme de température ou en utilisant des sorbants. Ainsi, il est nécessaire d'introduire de nouvelles stratégies de traitement d'échantillons en ligne, ce qui pourrait réduire le nombre d'étapes et, en même temps, concentrer les analytes volatiles dans l'espace ou le temps.
Pour relever le défi d'extraire des composés volatils à partir d'échantillons liquides, et effectuer une analyse en ligne, nous avons récemment introduit "extraction gazeuse" 4 . Cette nouvelle technique profite du phénomène d'effervescence. En bref, un gaz porteur (ici, dioxyde de carbone) est d'abord dissous dans l'échantillon en appliquant une surpression et en agitant l'échantillon. Ensuite, la chambre d'échantillonnage est décompressée brusquement. La décompression soudaine conduit à la formation de nombreuses bulles de gaz porteurs Dans l'échantillon liquide. Ces bulles assurent la libération d'espèces d'analyte dissous du liquide à la phase gazeuse. Les analytes libérés sont immédiatement transférés au spectromètre de masse, produisant des signaux dans le domaine temporel. Parce que la libération des espèces d'analyte se limite à une courte période de temps (quelques secondes), les signaux temporels ont des amplitudes élevées et des rapports signal / bruit élevés.
Les pressions impliquées dans le processus d'extraction gazeux sont très faibles (~ 150 kPa) 4 ; Beaucoup plus faible que dans l'extraction de fluide supercritique 5 ( par exemple , ≥ 10 MPa). La technique ne nécessite pas l'utilisation de produits consommables spéciaux (colonnes, cartouches). Seuls de petits volumes de solvants sont utilisés pour la dilution et le nettoyage. Le dispositif d'extraction peut être assemblé par des chimistes ayant des compétences techniques moyennes en utilisant des pièces 4 largement disponibles; Par exemple, les modules électroniques open source"> 6 , 7. L' extraction gazeuse peut être couplée en ligne avec des spectromètres de masse modernes équipés d'une interface d'ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI). Parce que les extraits de phase gazeuse sont transférés à la source d'ions, le fonctionnement de l'extraction gazeuse ne contaminent pas sensiblement les vulnérables Parties du spectromètre de masse.
Le but de cet article d'expérience visualisé est de guider les téléspectateurs sur la façon d'implémenter l'extraction gazeuse dans une tâche analytique simple. Alors que le noyau du système d'extraction gazeuse est tel que décrit dans notre rapport précédent 4 , plusieurs améliorations ont été introduites pour rendre l'opération plus directe. Un microcontrôleur équipé d'un écran LCD a été incorporé dans le système pour afficher les paramètres d'extraction des clés en temps réel. Toutes les fonctions sont programmées dans les scripts du microcontrôleur, et il n'est plus nécessaire d'utiliser un ordinateur externe vers cContrôlez le système d'extraction.
Protocol
Representative Results
Discussion
Plusieurs méthodes intelligentes pour fournir des échantillons à un spectromètre de masse ont été développées dans les études menées au cours des trois dernières décennies ( par exemple , les références 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). L'un des objectifs de…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier le ministère de la Science et de la Technologie de Taiwan (numéro de la subvention: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) pour le soutien financier de ce travail.
Materials
| Water | Fisher | W6212 | Diluent |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 32221-2.5L | Diluent |
| (R)-(+)-Limonene | Sigma-Aldrich | 183164-100ML | Standard |
| Carbon dioxide | ChiaLung | n/a | Carrier gas |
| Cellulose tissue, Kimwipes Kimtech | Kimberly-Clark | 34120 | Used for cleaning |
| Triple quadrupole mass spectrometer | Shimadzu | LCMS-8030 | Detection system |
| Atmospheric pressure chemical ionization interface | Shimadzu | Duis | Ion source |
| 20-mL screw top headspace glass vial with septum cap | Thermo Fisher Scientific | D-52379 | Sample vial |
| LabSolutions software | Shimadzu | n/a | version 5.82 |
| PeakFit software | Systat Software | n/a | version 4.12 |
| OriginPro software | OriginLab | n/a | version 8 |
Riferimenti
- McCallum, R. I. Decompression sickness: a review. Brit J Industr Med. 25, 4-21 (1968).
- Pawliszyn, J. . Comprehensive Sampling and Sample Preparation. , (2012).
- Wang, T., Lenahan, R. Determination of volatile halocarbons in water by purge-closed loop gas chromatography. Bull Environ Contam Toxicol. 32, 429-438 (1984).
- Chang, C. -. H., Urban, P. L. Fizzy extraction of volatile and semivolatile compounds into the gas phase. Anal Chem. 88, 8735-8740 (2016).
- Zougagh, M., Valcárcel, M., Ríos, A. Supercritical fluid extraction: a critical review of its analytical usefulness. Trends Anal Chem. 23, 399-405 (2004).
- Urban, P. L. Universal electronics for miniature and automated chemical assays. Analyst. 140, 963-975 (2015).
- Urban, P. Self-built labware stimulates creativity. Nature. 532, 313 (2016).
- Chen, H., Venter, A., Cooks, R. G. Extractive electrospray ionization for direct analysis of undiluted urine, milk and other complex mixtures without sample preparation. Chem Commun. , 2042-2044 (2006).
- Haddad, R., Sparrapan, R., Kotiaho, T., Eberlin, M. N. Easy ambient sonic-spray ionization-membrane interface mass spectrometry for direct analysis of solution constituents. Anal Chem. 80, 898-903 (2008).
- Dixon, R. B., Sampson, J. S., Muddiman, D. C. Generation of multiply charged peptides and proteins by radio frequency acoustic desorption and ionization for mass spectrometric detection. J Am Soc Mass Spectrom. 20, 597-600 (2009).
- Wu, C. -. I., Wang, Y. -. S., Chen, N. G., Wu, C. -. Y., Chen, C. -. H. Ultrasound ionization of biomolecules. Rapid Commun Mass Spectrom. 24, 2569-2574 (2010).
- Lo, T. -. J., Chen, T. -. Y., Chen, Y. -. C. Study of salt effects in ultrasonication-assisted spray ionization mass spectrometry. J Mass Spectrom. 47, 480-483 (2012).
- Urban, P. L., Chen, Y. -. C., Wang, Y. -. S. . Time-Resolved Mass Spectrometry: From Concept to Applications. , (2016).
- Peacock, P. M., Zhang, W. -. J., Trimpin, S. Advances in ionization for mass spectrometry. Anal Chem. 89, 372-388 (2017).
- Hu, J. -. B., Chen, S. -. Y., Wu, J. -. T., Chen, Y. -. C., Urban, P. L. Automated system for extraction and instantaneous analysis of millimeter-sized samples. RSC Adv. 4, 10693-10701 (2014).
- Chen, S. -. Y., Urban, P. L. On-line monitoring of Soxhlet extraction by chromatography and mass spectrometry to reveal temporal extract profiles. Anal Chim Acta. 881, 74-81 (2015).
- Hsieh, K. -. T., Liu, P. -. H., Urban, P. L. Automated on-line liquid-liquid extraction system for temporal mass spectrometric analysis of dynamic samples. Anal Chim Acta. 894, 35-43 (2015).
- Veach, B. T., Mudalige, T. K., Rye, P. RapidFire mass spectrometry with enhanced throughput as an alternative to liquid−liquid salt assisted extraction and LC/MS analysis for sulfonamides in honey. Anal Chem. , (2017).
- Carroll, D. I., Dzidic, I., Stillwell, R. N., Horning, M. G., Horning, E. C. Subpicogram detection system for gas phase analysis based upon atmospheric pressure ionization (API) mass spectrometry. Anal Chem. 46, 706-710 (1974).
- Carroll, D. I., Dzidic, I., Stillwell, R. N., Haegele, K. D., Horning, E. C. Atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Corona discharge ion source for use in a liquid chromatograph-mass spectrometer-computer analytical system. Anal Chem. 47, 2369-2373 (1975).
- Hakim, I. A., McClure, T., Liebler, D. Assessing dietary D-limonene intake for epidemiological studies. J Food Compos Anal. 13, 329-336 (2000).
