Sistemas de permeação de odor controlados para treinamento olfativo e testes de campo
Summary
O Sistema de Permeação Odor Controlado é um método simples, portátil de campo e de baixo custo de entrega de odor para testes e treinamento olfativos. É construído de um odor retido em um material adsorbent e contido dentro de um saco de polímero permeável permitindo a liberação controlada do vapor odorante ao longo do tempo.
Abstract
O Sistema de Permeação De Odor Controlado (COMPS) foi desenvolvido para fornecer um método conveniente de teste de campo de entrega de odor a taxas controladas e reprodutíveis. Os COMPS são compostos por um odor de interesse em um material absorvente selado dentro de um saco de polímero permeável. A camada permeável permite uma liberação constante do odor durante um determinado período de tempo. O saco permeável é ainda armazenado em um saco secundário e impermeável. O procedimento de dupla contenção permite o equilíbrio do odorante do saco permeável, mas dentro da camada externa impermeável, resultando em uma fonte instantânea e reprodutível de vapor odoante após a remoção da embalagem externa. OS COMPS são usados tanto em testes olfativos para cenários experimentais quanto para treinamento de detecção olfativa, como com caninos de detecção. O COMPS pode ser usado para conter uma ampla gama de odores (por exemplo, pós de narcóticos) e fornecer uma liberação controlada dos odores associados. A disponibilidade de odor do COMPS é expressa em termos de taxa de permeação (ou seja, a taxa do vapor odor liberado de um COMPS por tempo unitário) e é tipicamente medida por meios gravimétricos. A taxa de permeação para uma determinada massa ou volume de odorante pode ser ajustada conforme necessário, variando a espessura do saco, área de superfície e/ou tipo de polímero. A concentração de odor disponível de um COMPS também pode ser medida por técnicas de análise do headspace, como microextração de fase sólida com cromatografia de gás/espectrometria de massa (SPME-GC/MS).
Introduction
A olfação é um mecanismo crucial, mas muitas vezes negligenciado, de sensoriamento usado pela maioria dos animais. Para muitos é o principal mecanismo para localizar alimentos, encontrar um companheiro ou sentir perigo1. Além disso, as capacidades olfativas de alguns animais, mais notadamente caninos, são regularmente explorados por humanos para a detecção de contrabando (por exemplo, narcóticos ou explosivos), ou outros objetos de interesse, como pessoas desaparecidas, espécies invasoras ou doenças2,3. Para pesquisas de detecção canina ou outros tópicos de pesquisa de olfação, os pesquisadores frequentemente estudam o processo de olfação e os pontos fortes e limitações do sistema olfativo. Como tal, é geralmente desejável controlar a liberação de um vapor odorante no ambiente para entregar de forma reproduzivelmente quantidades conhecidas de odorno durante os testes. A não contabilização das variações na disponibilidade de odor devido a fatores como pressão de vapor ou efeitos ambientais muitas vezes complica a interpretação dos dados e a aplicabilidade4. É igualmente desejável fornecer uma quantidade estabelecida de odor durante cenários de treinamento para caninos de detecção. Por exemplo, estudos de Hallowell et al.5 e papet6 indicaram a importância da intensidade do odor na percepção do odor, e que alterar a intensidade de um odor pode afetar a forma como ele é percebido sozinho ou em uma mistura.
Em ambientes laboratoriais, o uso de equipamentos analíticos como tubos de permeação com fornos controláveis, geradores de vapor ou olfactômetros pode ser usado para controlar a entrega de odor. No entanto, este tipo de equipamento é impraticável para uso durante os cenários de teste e treinamento de campo4. O Sistema de Permeação De Odor Controlado (COMPS) foi desenvolvido como um método simples, de baixo custo e descartável para entrega de odor controlado que não requer energia externa. Portanto, eles podem ser facilmente incorporados em uma variedade de diferentes cenários de teste e treinamento7. As unidades COMPS são simplesmente compostas de um odor de interesse em um material absorvente selado dentro de um saco de polímero permeável, armazenado em um sistema de contenção secundário. A utilização do COMPS reduz a variabilidade entre os testes e melhora a consistência durante os exercícios de treinamento8.
A entrega ou disponibilidade de odor do COMPS é medida em termos de taxa de permeação, conforme determinado pela análise gravimétrica em termos de massa de vapor liberada ao longo do tempo. As taxas de permeação podem ser controladas por uma série de fatores, incluindo a espessura do saco de polímero, sua área de superfície disponível, o tipo de material absorvente (substrato) utilizado e a quantidade do odorante. A taxa de permeação é constante por um determinado período de tempo (horas ou dias) dependendo do odorante que está sendo utilizado. Isso permite uma variabilidade mínima na entrega de odor durante o teste ou treinamento. Durante o armazenamento, o COMPS chega ao equilíbrio dentro do recipiente externo impermeável, resultando em uma fonte instantânea de vapor odorante a uma taxa de permeação conhecida.
O COMPS foi inicialmente projetado para conter odores associados a materiais explosivos e para ser usado como odor imita7. Conforme definido por Macias et al., uma mímica de odor simula um material de interesse, como um explosivo, fornecendo os compostos voláteis dominantes, ou odores, encontrados no espaço da cabeça desse material sem a presença do próprio material pai8. Para criar uma imitação de odor, os odores ativos do material pai devem ser determinados. Um odor ativo, neste cenário, é descrito como um composto volátil que um canino treinado de detecção de explosivos detecta, acreditando que há um material explosivo real presente. Tendo identificado compostos voláteis dominantes no headspace de vários materiais explosivos, o COMPS foi preparado para liberar esses odores individuais a uma taxa controlada durante a duração dos ensaios de campo de detecção olfativo canino e determinar o odorante ativo associado a vários materiais explosivos. Os COMPS foram usados com sucesso para este fim7,9 e desde então têm sido usados como odor imitadores para mais treinamento de detecção de explosivos.
Macias et al. utilizaram comps contendo piperonal, um sólido químico puro à temperatura ambiente que, na fase de vapor, tem se mostrado o odorante ativo para MDMA (3,4-metilenodioximetamfetamina), a droga psicoativa conhecida como ecstasy. Os pesquisadores usaram espessuras variadas e áreas superficiais de sacos de polietileno de baixa densidade para ajustar a taxa de permeação do vapor piperonal. Esta série de COMPS foi então usada para estimar o limiar de detecção piperonal para caninos treinados de detecção de narcóticos8. Por outro lado, em um estudo separado, as espessuras dos sacos COMPS foram ajustadas para minimizar o desvio das taxas de permeação entre cada composto em uma série homólogo, embora possuíssem pressões de vapor drasticamente variadas. Se uma única espessura de saco tivesse sido usada neste estudo, esses compostos com pressões de vapor mais altas teriam rendido taxas de permeação muito mais altas. Ao aumentar a espessura do saco para os compostos de maior volatilidade, as taxas de permeação foram ajustadas de modo que eram semelhantes para todos os compostos4. Ambos os estudos demonstram a utilidade e a adaptabilidade do COMPS para controlar a liberação de vapor. Estudos semelhantes que otimizam a espessura do saco de polímero, bem como material absorvente foram realizados na criação de odor imitadores para catinonas sintéticas (ou seja, sais de banho)10,outros narcóticos (incluindo heroína e maconha11),e compostos de odor humano12,13. Em um exemplo final, Simon et al. investigaram os odores ativos associados a uma espécie de fungo invasivo14. Pedaços inteiros de casca de árvore infectada, em vez dos odores extraídos, foram colocados diretamente no saco de polímero para controlar a liberação durante o teste de olfação canina14. O COMPS pode ser utilizado para uma variedade de cenários, e os protocolos aqui discutidos foram escolhidos para demonstrar a diversidade desta ferramenta.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os Sistemas de Permeação De Odor Controlado (COMPS) são facilmente criados selando um odor de interesse em um saco permeável. Isso pode ser feito colocando um composto líquido puro em um material absorvente e, em seguida, colocando o material absorvente no saco; colocando um composto puro e sólido diretamente no saco4,como foi feito no caso da piperonal8; ou colocando o material alvo contendo odores múltiplos ou desconhecidos em um saco permeável, como foi feito com…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado em parte pelo Escritório de Pesquisa Naval e pelo Instituto Nacional de Justiça (2006-DN-BX-K027). Os autores desejam agradecer aos muitos estudantes do “Grupo Furton” que participaram deste projeto, bem como colaboradores do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e do Centro Naval de Guerra de Superfície (Divisão de Tecnologia EOD do Chefe Indiano). Finalmente, os autores agradecem a Peter Nunez da Academia K-9 dos EUA, Tony Guzman da Metro-Dade K9 Services, e equipes caninas da área de Miami-Dade.
Materials
| 16 oz economy jars (70-450 finish) | Fillmore container | A16-08C-Case 12 | |
| 7890A gas chromatograph / 5975 mass selective detector | Agilent | ||
| Analytical balance | Mettler Toledo | 01-911-005 | |
| Ball regualr bands and dome lids | Fillmore container | J30000 | |
| Cotton gauze (2" x 2") | Dukal | ||
| Disposable weighing boats | VWR | 10803-148 | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 gallon | TriTech Forensics | CANG-E | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 pint | TriTech Forensics | CANPT-E | |
| Low density polyetheylene bag | Uline | S-5373 | |
| Rtx-Volatiles (30 m x 0.32 mmID) column | Restek | 10901 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (3.5" x 4.5") | ESP Packaging | 95509993779 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (5" x 8.5" x 3") | ESP Packaging | 95509993793 | |
| Solid phase microextration fiber assembly (PDMS/DVB/CAR) | Sigma-Aldrich | 57328-U | |
| Solid phase microextration holder | Sigma-Aldrich | 57330-U | |
| Tabletop Impulse Sealer | Uline | H-190 | Heat sealer |
Referências
- Buck, L., Axel, R. A novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition. Cell. 65, 175-187 (1991).
- Furton, K. G., Myers, L. J. Scientific foundation and efficacy of the use of canines as chemical detectors for explosives. Talanta. 54, 487-500 (2001).
- Leitch, O., Anderson, A., Kirkbride, K., Lennard, C. Biological organisms as volatile compound detectors: A review. Forensic Science International. 232, 92-103 (2013).
- Simon, A. G., et al. Method for controlled odor delivery in canine olfactory testing. Chemical Senses. 44 (6), 399-408 (2019).
- Hallowell, L. R., et al. Detection of hidden explosives: New challenges and progress (1998-2009). Forensic Investigation of Explosives. 2nd Ed. , 53-77 (2012).
- Papet, L. Narcotic and explosive odors: Volatile organic compounds as training aids for olfactory detection. Canine Olfaction Science and Law. , 265-278 (2016).
- Furton, K., Harper, R. Controlled Odor Mimic Permeation System. US Patent. , (2017).
- Macias, M. S., Guerra-Diaz, P., Almirall, J. R., Furton, K. G. Detection of piperonal emitted from polymer controlled odor mimic permeation systems utilizing canis familiaris and solid phase microextract-ion mobility spectrometry. Forensic Science International. 195, 132-138 (2010).
- Harper, R., Almirall, J., Furton, K. Identification of dominant odor chemicals emanating from explosives for use in developing optimal training aid combinations and mimics for canine detection. Talanta. 67, 313-327 (2005).
- Francis, V. S. The identification of volatile organic compounds from synthetic cathinone derivatives for the development of odor mimic training aids. Florida International University. , (2017).
- Huertas-Rivera, A. M. Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids. Florida International University. , (2016).
- DeGreeff, L. E., Furton, K. G. Collection and identification of human remains volatiles by non-contact, dynamic airflow sampling and SPME-GC/MS using various sorbent materials. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 401, 1295-1307 (2011).
- DeGreeff, L. E., Curran, A. M., Furton, K. G. Evaluation of selected sorbent materials for the collection of volatile organic compounds related to human scent using non-contact sampling mode. Forensic Science International. 209 (1-3), 133-142 (2011).
- Simon, A. G., Mills, D. K., Furton, K. G. Chemical and canine analysis as complimentary techniques for the identification of active odors of the invasive fungs, Raffaelea lauicola. Talanta. 168, 320-328 (2017).
- Penton, Z. Method development with solid phase microextraction. Solid Phase Microextraction: A Practical Guide. , 27-58 (1999).
- Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. . Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. , (2004).
- MacCrehan, W., Moore, S., Schantz, M. Evaluating headspace component vapor-time profiles by solid-phase microextraction with external sampling of an internal standard. Analytical Chemistry. 83, 8560-8565 (2011).
- Macias, M. S. . The Development of an Optimized System of Narcotic and Explosive Contraband Mimics for Calibration and Training of Biological Detectors. , (2009).
- Simon, A. G. . The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , (2017).
