실시간 고해상도 질량 분석 다변량 통계 분석을 직접 분석에 의해 식물 재료의 종을 식별하는 방법이 제공된다.
우리는 실시간으로 고해상도 질량 분광법 직접 분석 식물 물질의 질량 스펙트럼의 프로파일을 생성하는 데 사용될 수 있음을 입증하고, 이러한 화학 지문 종의 식별을 위해 사용될 수있다. 질량 스펙트럼 데이터는 표본 추출, 유도체 또는 pH 조절 단계를 필요로하지 않고 신속하고 높은 처리량의 방식으로 획득 될 수있다. 이 기술의 사용은 긴 크로마토 그래피 분석 시간과 자원 집약적 방법을 포함하는 더 많은 종래의 기술에 의해 제시된 문제들을 무시. 데이터의 다 변수 통계 분석 처리와 결합 실시간 고해상도 질량 분석 프로토콜 직접 분석의 높은 처리 능력, 식물뿐만 클래스 특성을 제공 할뿐만 아니라, 종 및 품종 정보를 얻었다. 여기서, 상기 기술은 두 개의 정신 식물 제품, Mitragyna의 speciosa의 (Kratom)와 흰 독말풀로 설명된다질량 분광 데이터에 대한 통계적 분석 처리 하였다 실시간 고해상도 질량 분광법으로 직접 분석 하였다 (Jimsonweed). 탠덤 이러한 도구 애플리케이션은 식물 재료를 신속하고 다양한 종의 레벨에서 식별 될 수 있었다.
천년를 들어, 정신 천연 제품은 무속 의례에 사용 된 자신의 마음 변경 속성에 대한 학대, 그들의 의약 속성에 대한 소비. 이러한 식물과 관련 식물 기반 물질의 섭취는 풍토 성 지역에서 중요 할 수 있습니다, 그들은 사회적, 경제적 중요성을 가지고있다. 최근 그러나, 인터넷을 통한 상거래 접근성 용이 이러한 "천연"약물의 사용이 크게 증가되고있다. 이러한 물질은 안전하게 사용할 수 있다는 인식은, 보유 및 남용 및 합성 물질의 전통적인 약물의 사용에 증가 단속과 함께, 식물 기반의 약물 남용의 스파이크에 기여했다. 이들 제품 및 무해한 식물 물질을 구별하는 시각화하여 일반적으로 곤란하며, 따라서, 이러한 제품을 식별 사용될 수있는 방법의 개발에 관심이있다. 공장 그러나, 기존의 분석 방법종 식별이 시간을 소비하고 수행하는 것은 비실용적이다. 또한, 상기 방법의 개발 과정은 시간 및 자원 집약적이다. 이러한 요소들은 이러한 물질의 사용은 지금까지 자신의 학대에 에스컬레이션의 비율 뒤쳐 억제 법의 공예를 만들었습니다. 따라서, 이러한 자연 psychoactives 대부분의 생산, 제조, 판매 및 소비를 조절하고 같은 다른 형태의 수천명의 사용자가 사용할 학대 식물의 수백이 몇 가지 법칙이 있습니다. 1, 2
학대의 두 등 식물 기반의 약물은 흰 독말풀 속, 즉 D.에서 Mitragyna 일반적으로 Kratom로 알려진 speciosa의, 및 식물 가시 독말풀, D. ferox 및 D. inoxia. Kratom과 흰 독말풀은 미국에서 예약되지 않은,하지만 마약 단속 관리는 우려 의약품으로 모두 나열하고있다. 3,4 Kratom은 정신 화합물의 존재에 의해 특징으로하는 mitragynine차 7 hydroxymitragynine뿐만 아니라 mitraphylline, paynantheine, corynoxeine 및 rhynchophylline을 포함하는 다른 비 정신 알칼로이드. 흰 독말풀 종의 4-8 정신 속성. 아트로핀 및 스코 폴라 민 만, 식물에서 발견 된 다른 트로 알칼로이드 다양한 기인한다. 9-12 Kratom 및 계시 모두 중독 및 사망에 관련되어 있고, 그들의 식별로, 모두 정밀 및 독성 학적 상황에서 점점 더 필요 이 제품의 남용이 증가하고있다. 13 ~ 16
함으로써 및 색상 검사, 현미경, 라만 분광법 및 적외선 등의 정밀 약물 물질의 분석에 사용되는 대형 전통적인 방법, 규칙 인 / 아웃 룰 용량 추정에 사용된다. 이러한 GC-MS 액체 크로마토 그래피 질량 분석 (LC-MS) 등의 기술은 하이픈 검출 분석의 정보의 비교에 기초하여 확증 분석 방법이다압수 약의 분석 (SWGDRUG) 라이브러리 표준에 과학 워킹 그룹에. 17 분쇄, 추출, 유도체 및 증발을 포함하여 선행 분석을 수행 샘플 처리 단계는 실행 시간에 시간을 추가하고 샘플을 섞음 수, 9,11 코카인이나 헤로인 같은 학대의 다른 전통 의약품에 비해 간단보다 작은 식물 약의 18, 19 결정 분석. 또한, 각각의 크로마토 그래피 프로그램은 각 종 또는 루틴 케이스 틀에 매우 비실용적 남용 식물성 약품의 다양한 표준 운영 프로토콜 구현하게 관심있는 모든 제품에 대한 개발이 필요하다.
실시간 고해상도 질량 분광법 직접 분석은 종래의 분석 방법과 관련된 문제의 일부를 우회 주변 이온화 질량 분석 기술이다. 가스, 액체, 고체, 분말, TLC 판과 식물 이잖아요IAL 모든 실시간 고해상도 질량 분광법으로 직접 분석을 이용하여 직접적으로 해석 될 수 있고, 극성 및 비극성 화합물 모두 쉽게 복잡한 매트릭스에서 검출 될 수있다. 20 내지 22은 또한, 연구 향정신성 화합물 빠르게 식별 될 수 있다는 것을 보여 주었다 실시간 고해상도 질량 분광법 직접 분석 종 특정 정보에 의해 식물 재료의 질량 스펙트럼 데이터의 통계 처리로부터 얻을 수있다. 22-26
여기서는 실시간 고해상도 질량 분광법 직접 분석 빠르게 향정신성 구성 요소에 대한 다양한 식물 재료 (예를 들어, 식물, 분말, 추출 및 종자)를 평가하는데 사용될 수 있음을 입증하고, 그 공장 -의 종 및 변종 가공 제품은 신속하고 높은 처리량 방법으로 결정될 수있다. 시료 준비 단계 또는 긴 크로마토 그래피 없이도 포렌식 관련 식물성 물질의 분석분석 실행 시간은, 식물 종의 식별에 추가로보고됩니다.
남용의 식물성 약품을 식별 할 수있는 능력으로 인해 예기치 않은 향정신성 물질의 극적인 마케팅, 판매 상승하고 소비 할 필요가 증가된다. 식물 재료의 식별이 전통적인 방법은 일반적으로 분석과 함께 물리적 특성의 특성을 포함 하이픈 크로마토 그래피 – 질량 분석 방법으로 화학 성분. 그러나 이러한 접근 방법 간소화 분석 본 과제의 양. 식물은 건조 분쇄 또는 제조 과정에서 추출하고, 이와 같이, 단독의 물리적 특징에 기초하여 서로 식물계 향정신성 제품의 한 종류를 구별하는 것이 어려운 경우 식물의 물리적 특성은 종종 파괴된다. (23) 분석에 의해 크로마토 그래피 – 질량 분석 방법은 매트릭스 식물의 향정신성 화합물의 식별을 가능하게 할 수 있지만, 샘플 준비 및 방법이 개발 시간 A는차 자원 집약적, 각 클래스 또는 남용의 식물 기반 약물의 종류에 대한 새로운 프로토콜의 생성은 많은 법의학 화학 실험실에서 비실용적이다.
그러한 잎 분말, 추출물과 씨앗 등 복잡한 매트릭스가 작은 시료 제조 분석 할 수 있기 때문에 실시간으로 고해상도 질량 분광법 직접 분석은 이러한 문제점의 일부를 우회. 여기에서 샘플 재료의 복소 행렬들에도 불구하고, 향정신성 성분 의한 질량 분석의 높은 감도로, 심지어 21 나노 그램의 농도에서 쉽게 식별 할 수 있었다. 종자, 잎 분말을 용이하게 실시간으로 고해상도 질량 분광법 직접 분석에 의해 분석 될 입증하고, 재료의 다른 형태의 다양한도 TLC 판, 통화, 정제, 꽃을 포함하여 동일하게 샘플링 될 수있다 고체상 마이크로 추출 (SPME) 섬유, 심지어 곤충 puparial 케이스. 21 ~ 22 정확한 질량 아나을 통해용해 원소 조성 판별 및 동위 매칭 생체 관심의 화합물없이 화합물이 잎에 포함 여부에 TLC 플레이트에서 목격 또는 모세관에 도포, 식별 될 수있다.
실험 실험에서 수정 될 필요가 거의 파라미터가 실시간으로 고해상도 질량 분석 방법 직접 분석 유선형 분석에 이용 될 수있다. 분석은 양이온 또는 음이온 모드에서 수행 될 수 있고, 3,000 AMU의 분자는 두 경우 모두에서 검출 될 수있다. 양이온 모드에서 이온화 양성자 활성 물의 클러스터 (21)로부터 전송 및 이온화 될 물보다 높은 양성자 친화 임의의 화합물에 의해 발생한다. 여기서, 포지티브 이온 모드 때문에 그들이 용이하게 양성자가 이온화되도록 알칼로이드 높은 양성자 친화력으로 사용 하였다. 음 이온 모드에서 분석 hydrocarb의 성공적인 검출을 위해 사용될 수있다기능 21 폭발물 27 의한 양성자 이동의 이온화 방법 및 다중 하전 된 이온, 실시간으로 고해상도 질량 직접 분석을 생성 할 수 없다는 그러한 말라리아 약물의 artesunate. 28 유기산 (O 2 부가 물 등) 분석법은 3,000 AMU의 작은 분자의 분석에 주로 한정된다.
이온화 모드 이외의 이온 소스의 온도는 중요한 파라미터이고, 적당한 온도는 대체로 분석 시료에 따라 다르다. 예를 들어, 높은 온도 (~ 500 ℃)가 탈착 아미노산 분석을 위해 사용되어야하는 동안 섬유에 코팅 물질의 파괴를 방지 할 SPME 파이버 분석 낮은 온도 (~ 250 ℃)를 사용하는 것이 중요하고 이후 이온화. 이 알칼로이드와 함께 관심의 다른 화합물의 이온화 수 있습니다 여기에, 식물 재료의 분석은, 350 ° C에서 수행되었다식물 매트릭스 화합물의 열분해를 야기 아웃.
실시간 고해상도 질량 분석기 분석을 직접 분석뿐만 아니라 정확한 질량 원소 조성 판별 및 동위 원소 매칭에 기초하여 식물 재료의 정신 활성 성분의 식별을 가능하게하지만, 또한, 사용하는 종의 식별을 위해 이용 될 수 독특한 화학적 핑거 프린트를 생성 더 작은 데이터 세트와 높은 재현성 결과 다변량 통계 분석. 다 변수 통계 분석 방법의 다양성과 재현성을 보여주는, 목재, puparial 케이싱, 종자, 잎 물질 및 바이오 디젤 fuelstocks로부터 유도 된 것을 포함하여, 실시간으로 고분해능 질량 분석 데이터를 직접 분석하는 다양한 적용되었다. 실시간 고해상도 질량 분광법 직접 분석 22-26 하이 스루풋 기능 질량 spectr 다량의 취득을 가능하게알 단시간에 데이터 및 통계 분석에 필요한 복제의 다수 쉽게 방법을 이용하여 획득된다. 계시와 Kratom의 실시간 고해상도 질량 분석 질량 스펙트럼 데이터 세트에서 직접 분석은 총 시간 투자 시간 미만으로 수집 된 100 개 이상의 개별 스펙트럼으로 구성되었다. 이러한 추출 또는 유도체와 같은 샘플 제조 단계에 대한 추가 시간을 고려하지 않고, 약 50 시간이 걸릴 것이라고 30 분 오븐 온도 프로그램으로 GC-MS를 사용하여 스펙트럼의 동일한 수를 얻었다.
주성분 분석이 선택 기능 질량의 존재 및 강도를 기초로 식물 물질의 세트 사이의 차이를 강조 할 수있다. 통계 분석 처리부는 종 식별뿐만 아니라, 품종 정보를 제공한다. 계층 적 클러스터링 분석 (HCA) 통계적 분석의 다른 방법도있을 수있다기능 대중의 사전 선택없이 적용. 광범위한 화학 지문 HCA의 결과는 통계 분석 자율 성공적 남용 식물성 약품 종의 식별을 위해 적용될 수 있음을 보여준다. 25
실시간 고해상도 질량 분광법 직접 분석에 의한 정밀 식물 재료의 종류의 판별은 향정신성 화합물 및 소프트 이온화 질량 스펙트럼 다른 바이오 마커의 식별 및 다 변수 통계 분석 응용 프로그램을 사용하여 입증되었다. 통계 분석의 두 종류의 애플리케이션은 공개뿐만 남용 식물성 약제의 종류를 식별 할 수 있지만, 또한 다양한 약물이 직접 분석에 의하여 관찰 된 독특한 화학적 핑거 프린트에 기초하여 결정될 수있는 상기 종의 실시간 고해상도 질량 분석. 여기에 제시된 방법은 MI의 신속하고 높은 처리량 식별 가능종래의 분석 방법에서 발생하는 문제를 회피하고, 특성화하고 시간없이 향정신성 식물 물질을 식별하는 방법 및 집중 개발 자원 수단과 정밀 실험실을 제공하는 방식으로 물질 ND-변경. 이 프로토콜은 다른 식물 유래 물질의 다양한 종 분화에 확장 될 수있다. 22-26
The authors have nothing to disclose.
저자는 감사 연구 및 법의학 및 사이버 보안 부여, 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 부여 (부여 번호 1310350)과 국립 연구소 법무부 부여 (부여 # 2015-DN-BX-에 장학금 알바니 – SUNY 대통령 이니셔티브 기금에서 대학을 인정 K057은) RAM합니다. 우리는 또한 식물 재료의 사진 촬영을 위해 저스틴 E. Giffen을 인정합니다.
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 |