Fizzy Ekstraktion af flygtige organiske forbindelser kombineret med atmosfærisk tryk kemisk ionisering Quadrupole massespektrometri
Summary
Fizzy ekstraktion er en ny laboratorie teknik til analyse af flygtige og semivolatile forbindelser. En bærergas opløses i væskeprøven ved påføring af overtryk og omrøring af prøven. Prøvekammeret dekomprimeres derefter. Analyttens art frigives til gasfasen på grund af brusdannelse.
Abstract
Kemisk analyse af flygtige og semivolatile forbindelser opløst i flydende prøver kan være udfordrende. De opløste komponenter skal bringes til gasfasen og overføres effektivt til et detektionssystem. Fizzy-ekstraktion udnytter brudfænomenet. For det første opløses en bæregas (her carbondioxid) i prøven ved påføring af overtryk og omrøring af prøven. For det andet dekomprimeres prøvekammeret bratt. Dekompression fører til dannelsen af talrige bæremasubobler i prøvevæsken. Disse bobler hjælper frigivelsen af den opløste analytte fra væsken til gasfasen. De frigivne analytter overføres straks til den atmosfæriske trykkemiske ioniseringsgrænseflade af et triple quadrupole massespektrometer. Den ioniserbare analysetype giver anledning til massespektrometriske signaler i tidsdomænet. Fordi frigivelsen af analytarten forekommer over korte perioder (nogle få sekunderOnds), de tidsmæssige signaler har høje amplituder og høje signal-til-støjforhold. Amplituderne og arealerne af de tidsmæssige toppe kan derefter korreleres med koncentrationer af analytterne i væskeprøverne, der udsættes for svampekstraktion, hvilket muliggør kvantitativ analyse. Fordelene ved svampekstraktion omfatter: enkelhed, hastighed og begrænset anvendelse af kemikalier (opløsningsmidler).
Introduction
Forskellige fænomener observeret i naturen og det daglige liv er forbundet med gas-væskefase-ligevægten. Kuldioxid opløses i bløde og alkoholholdige drikkevarer under forhøjet tryk. Når en flaske med en sådan svampdrink åbnes, falder trykket ned, og gasbobler skynder sig til den flydende overflade. I dette tilfælde forbedrer brusningen organoleptiske egenskaber ved drikkevarer. Frigivelsen af gasbobler er også hovedårsagen til dekompressionssygdom ("bøjningerne") 1 . På grund af pludselig dekompression dannes bobler i dykkers organer. Personer, der lider af dekompressionssygdom, behandles i hyperbariske kamre.
Gasbobler har forskellige anvendelser inden for analytisk kemi. Spargingsmetoder er især afhængige af at passere gasbobler gennem flydende prøver til ekstraktion af flygtige forbindelser 2 . For eksempel kombineres en metode, der kaldes "rensesluttet sløjfe" med gaskromatografi for at muliggøre hurtig analyse af diSsolved volatiles 3 . Mens sparging kontinuerligt kan udtrække flygtige stoffer over tid, begrænser det ikke dem i rum eller tid. Den frigivne gasfaseart skal fanges og i nogle tilfælde koncentreres ved at anvende et temperaturprogram eller ved anvendelse af sorbenter. Der er således et behov for at indføre nye on-line prøvebehandlingsstrategier, som kunne reducere antallet af trin og-samtidig koncentrere flygtige analytter i rum eller tid.
For at løse udfordringen med at udvinde flygtige forbindelser fra flydende prøver og udføre analyser online, introducerede vi for nylig "svampekstraktion" 4 . Denne nye teknik udnytter brudfænomenet. Kort sagt opløses en bæregas (her carbondioxid) først i prøven ved påføring af overtryk og omrøring af prøven. Derefter dekomprimeres prøvekammeret bratt. Den pludselige dekompression fører til dannelse af adskillige bærergasbobler I prøvevæsken. Disse bobler hjælper frigivelsen af opløste analytarter fra væsken til gasfasen. De frigivne analytter overføres straks til massespektrometeret, der producerer signaler i tidsdomænet. Fordi frigivelsen af analysetypen er begrænset til en kort periode (få sekunder), har de tidsmæssige signaler høje amplituder og høje signal-støjforhold.
Trykket, der er involveret i fizzy-ekstraktionsprocessen, er meget lavt (~ 150 kPa) 4 ; Meget lavere end i superkritisk væskeudvinding 5 ( fx ≥10 MPa). Teknikken kræver ikke brug af særlige forbrugsstoffer (kolonner, patroner). Kun små mængder opløsningsmidler anvendes til fortynding og rengøring. Ekstraktionsindretningen kan samles af kemikere med mellemliggende tekniske færdigheder ved anvendelse af bredt tilgængelige dele 4 ; For eksempel elektroniske moduler med åben kilde"> 6 , 7. Fizzy-ekstraktion kan kobles online med moderne massespektrometre udstyret med APCI-grænsefladetryk. Da gasfaseekstrakter overføres til ionkilden, påvirker funktionen af svampekstraktion ikke væsentligt sårbar Dele af massespektrometeret.
Formålet med denne visualiserede eksperimentartikel er at vejlede seerne om, hvordan man implementerer svampekstraktion i en simpel analytisk opgave. Mens kernen i svampekstraktionssystemet er som beskrevet i vores tidligere rapport 4 , er der blevet indført flere forbedringer for at gøre operationen mere ligetil. En mikrocontroller udstyret med en LCD-skærm skærm er blevet indarbejdet i systemet for at vise nøgleudvindingsparametrene i realtid. Alle funktionerne er programmeret i microcontroller scripts, og der er ikke længere behov for at bruge en ekstern computer til cAflæs ekstraktionssystemet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der blev udviklet adskillige kloge måder at aflevere prøver til et massespektrometer i de undersøgelser, der blev udført i de seneste tre årtier ( fx referencer 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). Et af målene med disse undersøgelser var at forenkle forberedelsen af ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Taiwans ministerium for videnskab og teknologi (bevillingsnummer: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) for den økonomiske støtte til dette arbejde.
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).
