Fizzy Extraktion von flüchtigen organischen Verbindungen kombiniert mit atmosphärischem Druck Chemische Ionisation Quadrupol Massenspektrometrie
Summary
Fizzy Extraktion ist eine neue Labortechnik zur Analyse von flüchtigen und semivolatilen Verbindungen. Ein Trägergas wird in der flüssigen Probe durch Aufbringen von Überdruck und Rühren der Probe gelöst. Die Probenkammer wird dann dekomprimiert. Die Analyt-Spezies werden durch Aufschäumen in die Gasphase freigesetzt.
Abstract
Die chemische Analyse von flüchtigen und semivolatilen Verbindungen, die in flüssigen Proben gelöst sind, kann herausfordernd sein. Die gelösten Komponenten müssen in die Gasphase gebracht und effizient auf ein Nachweissystem übertragen werden. Fizzy Extraktion nutzt das Sprudel Phänomen. Zuerst wird ein Trägergas (hier Kohlendioxid) in der Probe durch Aufbringen von Überdruck und Rühren der Probe gelöst. Zweitens wird die Probenkammer abrupt dekomprimiert. Die Dekompression führt zur Bildung zahlreicher Trägergasblasen in der Probenflüssigkeit. Diese Blasen unterstützen die Freisetzung der gelösten Analytspezies von der Flüssigkeit zur Gasphase. Die freigesetzten Analyten werden sofort auf die atmosphärische Druck-chemische Ionisationsschnittstelle eines Triple-Quadrupol-Massenspektrometers übertragen. Die ionisierbaren Analytspezies führen im Zeitbereich zu massenspektrometrischen Signalen. Denn die Freisetzung der Analyt-Spezies erfolgt über kurze Zeiträume (wenige SekOns) haben die zeitlichen Signale hohe Amplituden und hohe Signal-Rausch-Verhältnisse. Die Amplituden und Bereiche der zeitlichen Peaks können dann mit Konzentrationen der Analyten in den flüssigen Proben, die einer Fizzy-Extraktion unterworfen werden, korreliert werden, was eine quantitative Analyse ermöglicht. Die Vorteile der Fizzy-Extraktion sind: Einfachheit, Geschwindigkeit und begrenzte Verwendung von Chemikalien (Lösungsmittel).
Introduction
Verschiedene Phänomene, die in der Natur und im Alltag beobachtet werden, sind mit Gas-Flüssigphasen-Äquilibriums verbunden. Kohlendioxid wird in weichen und alkoholischen Getränken unter erhöhtem Druck aufgelöst. Wenn eine Flasche eines solchen kohlensäurehaltigen Getränks geöffnet wird, fällt der Druck ab, und Gasblasen eilen auf die flüssige Oberfläche. In diesem Fall verbessert das Aufschäumen die organoleptischen Eigenschaften von Getränken. Die Freisetzung von Gasblasen ist auch die Hauptursache für Dekompressionskrankheit ("die Biegungen") 1 . Durch plötzliche Dekompression bilden sich Blasen in Taucherkörper. Die Personen, die an der Dekompressionskrankheit leiden, werden in hyperbaren Kammern behandelt.
Gasbläschen haben verschiedene Anwendungen in der analytischen Chemie. Bemerkenswert ist, dass die Sparging-Methoden auf das Durchleiten von Gasblasen durch flüssige Proben angewiesen sind, um flüchtige Verbindungen zu extrahieren 2 . Beispielsweise wird eine Methode mit der Bezeichnung "purge-closed loop" mit der Gaschromatographie kombiniert, um eine schnelle Analyse von di zu ermöglichenUngelöste flüchtige Bestandteile 3 . Während Sparging kann kontinuierlich extrahieren flüchtige über die Zeit, es beschränkt sie nicht in Raum oder Zeit. Die freigesetzten Gasphasenspezies müssen gefangen werden und – in einigen Fällen – durch Anwendung eines Temperaturprogramms oder unter Verwendung von Sorptionsmitteln konzentriert werden. So besteht die Notwendigkeit, neue Online-Behandlungsstrategien einzuführen, die die Anzahl der Schritte reduzieren und gleichzeitig die flüchtigen Analyten im Raum oder in der Zeit konzentrieren können.
Um die Herausforderung zu lösen, flüchtige Verbindungen aus flüssigen Proben zu extrahieren und Analysen on-line durchzuführen, haben wir vor kurzem "Fizzy Extraction" 4 eingeführt . Diese neue Technik nutzt das Eindringen Phänomen. Kurz gesagt wird ein Trägergas (hier Kohlendioxid) zuerst in der Probe durch Aufbringen von Überdruck und Rühren der Probe gelöst. Dann wird die Probenkammer plötzlich dekomprimiert. Die plötzliche Dekompression führt zur Bildung zahlreicher Trägergasblasen In der Probenflüssigkeit. Diese Blasen unterstützen die Freisetzung von gelösten Analytspezies von der Flüssigkeit in die Gasphase. Die freigegebenen Analyten werden sofort auf das Massenspektrometer übertragen und erzeugen im Zeitbereich Signale. Da die Freisetzung der Analyt-Spezies auf eine kurze Zeitspanne (wenige Sekunden) beschränkt ist, weisen die zeitlichen Signale hohe Amplituden und hohe Signal-Rausch-Verhältnisse auf.
Die Drücke, die an dem Fizzy-Extraktionsprozess beteiligt sind, sind sehr niedrig (~ 150 kPa) 4 ; Viel niedriger als bei der überkritischen Flüssigkeitsextraktion 5 ( zB ≥10 MPa). Die Technik erfordert nicht die Verwendung von speziellen Verbrauchsartikeln (Säulen, Patronen). Für die Verdünnung und Reinigung werden nur geringe Lösungsmittel verwendet. Die Extraktionsvorrichtung kann von Chemikern mit mittleren technischen Fähigkeiten mit weit verbreiteten Teilen 4 zusammengebaut werden ; Zum Beispiel Open-Source-Elektronikmodule"> 6 , 7. Fizzy-Extraktion kann online mit modernen Massenspektrometern gekoppelt werden, die mit einer atmosphärischen Druck-chemischen Ionisations- (APCI) -Schnittstelle ausgestattet sind. Da Gasphasen-Extrakte auf die Ionenquelle übertragen werden, ist der Betrieb der Fizzy-Extraktion im Wesentlichen nicht anfällig Teile des Massenspektrometers.
Der Zweck dieses visualisierten Experiment Artikels ist es, die Zuschauer auf, wie man fizzy Extraktion in einer einfachen analytischen Aufgabe zu implementieren. Während der Kern des Fizzy-Extraktionssystems wie in unserem vorherigen Bericht 4 beschrieben ist , wurden mehrere Verbesserungen eingeführt, um den Betrieb einfacher zu machen. Ein Mikrocontroller, der mit einem LCD-Bildschirm ausgestattet ist, wurde in das System integriert, um die Schlüsselabzugsparameter in Echtzeit anzuzeigen. Alle Funktionen sind in den Mikrocontroller-Skripten programmiert, und es ist nicht mehr nötig, einen externen Rechner auf c zu verwendenOntrol das Extraktionssystem.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den in den letzten drei Jahrzehnten durchgeführten Studien wurden mehrere intelligente Wege zur Probenahme an ein Massenspektrometer entwickelt ( z. B. Referenzen 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). Eines der Ziele dieser Studien war es, die Vorbereitung der Proben für die…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie von Taiwan (Zuschussnummer: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit.
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).
