Fizzy Extractie van vluchtige organische verbindingen gecombineerd met atmosferische druk Chemische ionisatie Quadrupole Mass Spectrometry
Summary
Fizzy extractie is een nieuwe laboratorium techniek voor de analyse van vluchtige en semivolatiele verbindingen. Een draaggas wordt opgelost in het vloeibare monster door overdruk toe te passen en het monster te roeren. De monsterkamer wordt dan gedecomprimeerd. De analysesoort wordt bevrijd aan de gasfase door bruising.
Abstract
Chemische analyse van vluchtige en semivolatiele verbindingen opgelost in vloeibare monsters kan uitdagend zijn. De opgeloste componenten moeten naar de gasfase gebracht worden, en worden efficiënt overgebracht naar een detectiesysteem. Fizzy extractie maakt gebruik van het effervescence fenomeen. Ten eerste wordt een draaggas (hier koolstofdioxide) opgelost in het monster door overdruk toe te passen en het monster te roeren. Ten tweede wordt de monsterkamer abrupt afgebroken. Decompressie leidt tot de vorming van talrijke draaggasbellen in de monstervloeistof. Deze bellen helpen de vrijgave van de opgeloste analytensoort van de vloeistof naar de gasfase. De vrijgekomen analyten worden direct overgebracht naar de atmosferische druk chemische ionisatie interface van een triple quadrupole massaspectrometer. De ioniseerbare analytsoort leidt tot massaspectrometrische signalen in het tijddomein. Omdat de afgifte van de analysesoort over korte tijdsperioden voorkomt (een paar secondenOnds) hebben de tijdelijke signalen hoge amplitudes en hoge signaal-ruisverhoudingen. De amplitudes en gebieden van de temporale pieken kunnen dan gecorreleerd worden met concentraties van de analyten in de vloeibare monsters die worden blootgesteld aan koolzuurwinning, waardoor kwantitatieve analyse mogelijk is. De voordelen van fizzy-extractie zijn: eenvoud, snelheid en beperkte gebruik van chemicaliën (oplosmiddelen).
Introduction
Verschillende fenomenen die in de natuur en het dagelijkse leven worden waargenomen, zijn gekoppeld aan gas-vloeistof-fase-evenwichten. Kooldioxide wordt opgelost in zachte en alcoholische dranken onder verhoogde druk. Wanneer een fles zo'n drankdrankje wordt geopend, druppelt de druk naar beneden en gasbellen rennen naar het vloeibare oppervlak. In dit geval verbetert de bruising van organoleptische eigenschappen van dranken. De vrijgave van gasbellen is ook de belangrijkste oorzaak van decompressieziekte ("de bochten") 1 . Door plotselinge decompressie vormen bellen in diverse lichamen. De personen die lijden aan de decompressieziekte worden behandeld in hyperbarische kamers.
Gasbellen hebben verschillende toepassingen in analytische chemie. Met name spuitmethoden zijn afhankelijk van het doorgeven van gasbellen door vloeibare monsters om vluchtige verbindingen 2 te extraheren. Bijvoorbeeld, een methode genaamd "purge-closed loop" wordt gecombineerd met gaschromatografie om een snelle analyse van di te mogelijk makenOpgeloste vluchtige stoffen 3 . Terwijl het spoelen continu kan onttrekken aan vluchtige stoffen, beperkt het ze niet in de ruimte of tijd. De vrijgegeven gasfasesoorten moeten gevangen worden, en-in sommige gevallen-geconcentreerd door het toepassen van een temperatuurprogramma of het gebruik van sorbenten. Zo is er behoefte aan nieuwe online behandeling strategieën, die het aantal stappen kunnen verminderen en tegelijkertijd concentreren vluchtige analyten in ruimte of tijd.
Om de uitdaging aan te pakken om vluchtige stoffen uit vloeibare monsters te extraheren en online analyses uit te voeren, introduceerden we onlangs "fizzy-extractie" 4 . Deze nieuwe techniek maakt gebruik van het effervescence fenomeen. In het kort wordt een draaggas (hier koolstofdioxide) eerst opgelost in het monster door overdruk toe te passen en het monster te roeren. Dan wordt de monsterkamer abrupt afgebroken. De plotselinge decompressie leidt tot de vorming van talrijke draaggasbellen In de monster vloeistof. Deze bellen helpen de vrijgave van opgeloste analytensoorten van de vloeistof naar de gasfase. De vrijgegeven analyten worden onmiddellijk overgebracht naar de massaspectrometer, die signalen in het tijddomein produceren. Omdat de vrijlating van de analysesoort beperkt is tot een korte periode (enkele seconden), hebben de tijdelijke signalen hoge amplitudes en hoge signaal-ruisverhoudingen.
De druk die bij het fizzy-extractieproces betrokken is, zijn zeer laag (~ 150 kPa) 4 ; Veel lager dan bij superkritische vloeistof extractie 5 ( bijv . ≥10 MPa). De techniek vereist geen gebruik van speciale verbruiksartikelen (kolommen, cartridges). Alleen kleine hoeveelheden oplosmiddelen worden gebruikt voor verdunning en reiniging. Het extractieapparaat kan worden samengesteld door chemici met middelbare technische vaardigheden door gebruik te maken van algemeen beschikbare delen 4 ; Bijvoorbeeld open-source elektronische modules"> 6 , 7. Fizzy-extractie kan online worden gekoppeld aan moderne massaspectrometers die uitgerust zijn met atmosferische druk chemische ionisatie (APCI) interface. Omdat gasfase-extracten overgebracht worden naar de ionenbron, verloopt de werking van fizzy-extractie niet zwaar kwetsbaar Delen van de massaspectrometer.
Het doel van dit geconfigureerde experimentartikel is om de kijkers te begeleiden over het implementeren van fizzy-extractie in een eenvoudige analytische taak. Terwijl de kern van het fizzy-extractiesysteem is zoals beschreven in ons vorige rapport 4 , zijn er verschillende verbeteringen ingevoerd om de werking eenvoudiger te maken. Een microcontroller uitgerust met een LCD scherm is in het systeem opgenomen om de sleutel extractie parameters in real time weer te geven. Alle functies zijn geprogrammeerd in de microcontroller scripts, en er is niet meer nodig om een externe computer te gebruiken om c te gebruikenOntrol het extractiesysteem.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verscheidene slimme manieren om monsters te leveren aan een massaspectrometer werden ontwikkeld in de studies die de afgelopen drie decennia werden uitgevoerd ( bijv . Referenties 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). Een van de doelen van deze studies was het vereenvoudigen van …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken het ministerie van Wetenschap en Technologie van Taiwan (subsidie nummer: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) voor de financiële ondersteuning van dit werk.
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).
