提出一种用于物种鉴定植物材料的通过实时高分辨率质谱和多元统计分析直接分析方法。
我们表明,在实时高分辨率质谱直接分析可以用于生产植物材料的质谱型材,并且这些化学指纹可用于植物物种鉴定。质谱数据可以迅速且以高通量的方式,而不需要样品提取,衍生化或pH调整步骤来获取。使用这种技术的旁路通过多种常规的技术,包括冗长色谱分析时间和资源密集的方法提出了挑战。实时高分辨率质谱协议直接分析的高吞吐量能力,再加上数据的多元统计分析处理,提供植物不仅类表征,而且还产生物种和品种的信息。在这里,技术表现出两个精神植物产品, 帽柱木桐 (Kratom)和曼陀罗(曼陀罗),这是在实时高分辨率质谱后跟质谱数据的统计分析处理进行直接分析。的串联这些工具的应用使植物材料在品种和种类的水平迅速识别。
几千年来,精神自然产品已在萨满教的仪式中,滥用他们的心态改变属性,消耗他们的药性。这些植物以及相关的植物为基础的物质的摄入可以在他们流行地区显著,他们有社会和经济的重要性。然而,最近出现了使用这些“天然”药物急剧上升,由于通过互联网电子商务的方便可及性。人们认为这些物质是安全的使用,再加上拥有和使用的滥用和人工合成物质的更传统的药物增加的打击,不得不在植物药物滥用秒杀作出了贡献。其通常难以通过可视化这些产品和无害的植物材料来区分,因此有在显影,可用于识别这些产品的方法的兴趣。然而,对于植物常规分析方法物种鉴定耗时,且不能执行。此外,该方法的开发过程是时间和资源密集型。这些因素使立法来遏制这些物质的使用远远落后升级其滥用率各具特色。因此,存在调节许多这些天然psychoactives的生产,制造,销售和消费,因此,有数百数千不同的形式提供给用户滥用的植物数的法律。1,2-
滥用的两个这样的基于植物的药物是帽柱木桐,俗称Kratom,并从曼陀罗属,即D.植物曼陀罗,D芡和D. inoxia。Kratom和曼陀罗是在美国计划外,但缉毒局列出了既作为关注的药品。3,4 Kratom为特征的精神化合物存在一个帽柱木碱第二7- hydroxymitragynine,以及其他非精神生物碱包括mitraphylline,paynantheine,corynoxeine和钩藤4-8 曼陀罗属的精神性质。归因于阿托品和东莨菪碱,但其他各种莨菪烷类生物碱的植物已经确定的9-12双方Kratom和曼陀罗有牵连中毒和死亡,而他们的身份是在这两个法医和毒理学环境越来越有必要,因为这些产品的滥用正在上升13-16
通过与用于法医药物物质的分析大,传统的方法,如色测试,显微镜和拉曼和红外光谱,在一个规则中/规则出假定容量使用。联用技术如GC-MS和液相色谱 – 质谱(LC-MS)是根据检测到的分析物的轮廓比较确证分析方法17科学工作组缉获的毒品分析(SWGDRUG)库的标准。这在分析前进行的样品处理步骤,包括粉碎,提取,衍生化和蒸发,可以加个小时的运行时间和掺假样品,9,11 ,植物药小于直截了当相比,滥用可卡因一样海洛因或其他毒品的传统制作18,19分析。此外,个别色谱程序需要为每个感兴趣的产品,这使得每个物种或滥用各种例行个案极不现实的植物类药物的标准作业协议的实施进行开发。
实时高分辨率质谱直接分析是一种环境电离质谱技术,避开了与常规的分析方法有关的挑战。气体,液体,固体,粉末,TLC板和植物脑膜胶质都可以实时高分辨率质谱使用直接分析直接分析,并且可以在复杂基质容易地检测极性和非极性化合物20-22此外,研究显示,精神化合物可以被快速识别通过实时高分辨率质谱直接分析,和特定种类信息的植物材料可以从质谱数据的统计处理来收集。22-26
这里,我们表明,在实时高分辨率质谱直接分析可以用来快速地评估各种植物材料( 即,植物,粉末,提取物和种子),用于其精神的组件,且该植物-的物种和品种衍生产品可以以快速和高通量的方式来确定。法医相关植物药材,而不需要进行样品制备步骤或长色谱分析分析运行时间,除了植物物种鉴定报告。
识别滥用植物药物的能力是越来越多的必要性,由于在营销,销售急剧上升和消费不定期精神活性物质。2植物药材鉴定传统方法通常涉及再加上分析物理特性表征由复姓色谱 – 质谱方法的化学成分。但是,这两种方法来简化分析当前面临的挑战。当将植物干燥,粉碎或在制造过程中提取的,因此,它往往很难仅根据物理特性区分不同类型的基于植物的精神产物的植物的物理特性往往被破坏。23分析由色谱 – 质谱方法可以使植物基质的精神化合物鉴定,但样品制备和方法开发的时间ND资源密集,并且为每个类或虐待的植物为基础的药物品种新协议是建立在许多法医化学实验室不切实际的。
实时高分辨率质谱直接分析规避一些挑战,因为复杂的基质如叶,粉末,提取物和种子可以用小的样品制备进行分析。尽管在此采样的材料的复杂的基质中,精神成分为易于识别,即使在纳克浓度,21由于质谱仪的高灵敏度。种子,叶和粉末被证明通过实时高分辨率质谱直接分析可以容易地进行分析,以及各种其它类型的材料也可以以同样的方式采样,包括TLC板,货币,片剂,花,固相微萃取(SPME)纤维,甚至昆虫puparial肠衣21-22通过精确质量ANA裂解,元素组成测定和同位素匹配,生物标记物和感兴趣的化合物可以被识别,而不管是否包含在叶的化合物中,点样在TLC板或涂覆在毛细管。
实时高分辨率质谱法直接分析可用于简化分析,因为有其需要从实验改性实验很少的参数。分析可以在正离子或负离子模式下进行,并且可以在这两种情况下被检测到3000 amu的分子。电离在正离子模式由从活化水簇,21质子转移和与质子亲和力比水将被电离更高任何化合物发生。在此,使用因生物碱的高的质子亲和力,这使得它们通过质子化容易地离子化的正离子模式。分析在负离子模式可以用于成功检测HYDROCARB的项(如O 2加合物)21,爆炸材料27和由于质子转移的电离方法和无法产生多电荷的离子,在实时高分辨率质谱直接分析有机酸如青蒿琥酯在疟疾的药物。28法主要限于高达3000阿拉伯马格里布联盟的小分子的分析。
除了电离模式中,离子源的温度是重要的参数和相应的温度在很大程度上取决于被分析的样品。例如,使用较低的温度(〜250℃)进行固相微萃取纤维分析,以防止涂层材料的破坏的纤维,而较高的温度(〜500℃)应当用于氨基酸分析为解吸是很重要的,并随后电离。这里,植物材料的分析在350℃下进行的,因为这允许对生物碱和其它感兴趣的化合物的电离出在植物基质引起化合物的热分解。
实时高分辨率质谱分析直接分析不仅能够基于精确质量,元素组成测定和同位素匹配的植物材料的精神成分的鉴别,但它也产生了可为物种鉴定使用被利用独特的化学指纹多元统计分析具有高度可重复性的结果,即使是更小的数据集。多元统计分析已被应用到实时高分辨率质谱数据各种各样直接分析的,包括从木材,puparial肠衣,种子,叶材料,和生物柴油fuelstocks衍生,展示了该方法的通用性和可重复性。 22-26实时高分辨率质谱直接分析的高通量功能可获取大量质量SPECTR的在很短的时间内人数据,以及大量需要进行统计分析重复的很容易用这种方法获得的。在曼陀罗和Kratom的实时高分辨率质谱质谱数据集的直接分析包括收集与小于总时间投资的一个小时以上100个单独的光谱。以获得相同的编号使用GC-MS以30分钟的烘箱温度程序将需要大约50个小时的光谱,没有考虑对于样品制备步骤如萃取或衍生的附加时间。
主成分分析可以用于突出显示基于所选特征群众的存在和强度套植物物质之间的变化。统计分析处理提供品种鉴定,以及品种信息。统计分析的其它方法,如分级聚类分析(HCA),也可以是应用无功能群众的先验选择。综合化学指纹图谱HCA的结果表明,可以成功地应用于用于虐待的植物为基础的药物种类鉴定无监督的统计分析。25
通过实时高分辨率质谱直接分析法医学植物材料的种类判别,使用精神的化合物和在软电离质谱其他生物标志物的鉴定,和多元统计分析的应用证明。两种类型的统计分析中的应用表明不仅该类滥用的基于植物的药物的可被识别,而且该品种和所述能够根据通过直接分析中观察到的独特的化学指纹来确定药物种类实时高分辨率质谱。这里介绍的方法使英里的快速,高通量鉴定ND-改变物质在规避传统的分析方法所遇到的挑战,并提供了法医实验室与表征和精神鉴定植物材料不受时间和资源密集型的方法发展的手段的方式。该协议可以扩展到多种其他植物衍生的材料的物种分化22-26
The authors have nothing to disclose.
作者非常感谢一个大学奥尔巴尼分校,纽约州立大学的总统倡议基金研究和法医学和网络安全拨款,美国国家科学基金会的资助(资助#1310350)和国家司法研究所的资助(资助#2015-DN-BX-奖学金K057)到RAM。我们也承认贾斯汀E.吉芬采取植物材料的照片。
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 |