Fizzy Ekstraksjon av flyktige organiske forbindelser kombinert med atmosfærisk trykk kjemisk ionisering Quadrupole massespektrometri
Summary
Fizzy extraction er en ny laboratorieteknikk for analyse av flyktige og semivolatile forbindelser. En bærer gass oppløses i væskeprøven ved å påføre overtrykk og omrøre prøven. Prøvekammeret dekomprimeres deretter. Analyttens art frigjøres til gassfasen på grunn av brudd.
Abstract
Kjemisk analyse av flyktige og semivolatile forbindelser oppløst i flytende prøver kan være utfordrende. De oppløste komponentene må bringes til gassfasen og overføres effektivt til et deteksjonssystem. Fizzy ekstraksjon utnytter brennbarhetsfenomenet. Først oppløses en bærer gass (her karbondioksyd) i prøven ved å påføre overtrykk og omrøre prøven. For det andre dekomprimeres prøvekammeret brått. Dekompresjon fører til dannelsen av en rekke bærergassbobler i prøvevæsken. Disse boblene hjelper frigjøringen av den oppløste analytten fra væsken til gassfasen. De frigjorte analyttene overføres umiddelbart til det kjemiske ioniseringsgrensesnittet for atmosfærisk trykk av et triple quadrupole massespektrometer. Den ioniserbare analyserte arten gir opphav til massespektrometriske signaler i tidsdomene. Fordi frigjøringen av analytartene skjer over korte tidsperioder (noen få sekunderOnds), de tidsmessige signalene har høye amplituder og høye signal-til-støy-forhold. Amplitudene og områdene av de temporale topper kan da korreleres med konsentrasjoner av analyttene i væskeprøvene utsatt for sopputvinning, som muliggjør kvantitativ analyse. Fordelene med mykekstraksjon inkluderer: enkelhet, fart og begrenset bruk av kjemikalier (løsningsmidler).
Introduction
Forskjellige fenomener som observeres i naturen og dagliglivet, er knyttet til gass-væskefase-likevekt. Kullsyre er oppløst i myke og alkoholholdige drikker under forhøyet trykk. Når en flaske med en så myk drikk åpnes, faller trykket ned, og gassbobler rush til væskeoverflaten. I dette tilfellet forbedrer bruddet organoleptiske egenskaper til drikkevarer. Utgivelsen av gassbobler er også hovedårsaken til dekompresjonssyke ("bøyene") 1 . På grunn av plutselig dekompresjon dannes bobler i dykkers kropp. Personer som lider av dekompresjonssyke, blir behandlet i hyperbariske kamre.
Gassbobler har forskjellige anvendelser i analytisk kjemi. Spesielt sprer metoder for å overføre gassbobler gjennom flytende prøver for å ekstrahere flyktige forbindelser 2 . For eksempel kombineres en metode som kalles "purge-closed loop" med gaskromatografi for å muliggjøre rask analyse av diSosolved flyktige stoffer 3 . Mens sparging kontinuerlig kan trekke ut flyktige stoffer over tid, begrenser det ikke dem i rom eller tid. Den frigjorte gassfase-arten må fanges, og i noen tilfeller-konsentrert ved å anvende et temperaturprogram eller ved hjelp av sorbenter. Dermed er det behov for å introdusere nye on-line prøvebehandlingsstrategier, som kan redusere antall trinn, og samtidig konsentrere volatile analytter i rom eller tid.
For å løse utfordringen med å utvinne flyktige forbindelser fra flytende prøver og utføre analyse på nettet, introduserte vi nylig "fizzy extraction" 4 . Denne nye teknikken utnytter bruksfenomenet. I korte trekk oppløses en bærer gass (her karbondioksyd) først i prøven ved å påføre overtrykk og omrøre prøven. Så dekomprimeres prøvekammeret brått. Den plutselige dekompresjonen fører til dannelse av en rekke bærergassbobler I prøvevæsken. Disse boblene hjelper frigjøringen av oppløste analytter fra væsken til gassfasen. De frigjorte analysene overføres umiddelbart til massespektrometeret, som produserer signaler i tidsdomene. Fordi frigjøringen av analysetypen er begrenset til kort tid (noen få sekunder), har de tidsmessige signalene høye amplituder og høye signal-til-støyforhold.
Trykket involvert i mykekstraksjonsprosessen er svært lavt (~ 150 kPa) 4 ; Mye lavere enn i superkritisk fluidutvinning 5 ( f.eks . ≥10 MPa). Teknikken krever ikke bruk av spesielle forbruksvarer (kolonner, patroner). Bare små mengder løsningsmidler brukes til fortynning og rengjøring. Ekstraksjonsanordningen kan settes sammen av kjemikere med middels tekniske ferdigheter ved å bruke allment tilgjengelige deler 4 ; For eksempel elektroniske moduler med åpen kildekode"> 6 , 7. Fizzy-ekstraksjon kan kobles på nettet med moderne massespektrometre utstyrt med APCI-grensesnitt. I tillegg til at gassfaseekstrakter overføres til ionkilden, påvirker driften av mykekstraksjonen ikke vesentlig sårbar Deler av massespektrometeret.
Formålet med denne visualiserte eksperimentartikkelen er å veilede seerne om hvordan man implementerer mykekstraksjon i en enkel analytisk oppgave. Mens kjernen i mykekstraksjonssystemet er som beskrevet i vår tidligere rapport 4 , har flere forbedringer blitt innført for å gjøre operasjonen mer enkel. En mikrokontroller utstyrt med en LCD-skjerm skjerm er blitt innlemmet i systemet for å vise nøkkelutvinningsparametrene i sanntid. Alle funksjonene er programmert i microcontroller-skriptene, og det er ikke lenger nødvendig å bruke en ekstern datamaskin til cAvtrekk uttrekkssystemet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Flere klare måter å levere prøver til et massespektrometer ble utviklet i de studier som ble utført i løpet av de siste tre tiårene ( f.eks . Referanser 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). Et av målene med disse studiene var å forenkle forberedelsen av prøver til analy…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gjerne takke Vitenskapsdepartementet i Taiwan (bevilgningsnummer: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) for økonomisk støtte til dette arbeidet.
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 |
References
- 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).
