Espectrometria de massa de cromatografia a gás emparelhada com microextração de fase sólida de vaporização total como ferramenta forense
Summary
A Microextração de Fase Sólida de Vaporização Total (TV-SPME) vaporiza completamente uma amostra líquida enquanto os analitos são sorbados em uma fibra SPME. Isso permite a particionamento do analito entre apenas o vapor solvente e o revestimento de fibra SPME.
Abstract
Cromatografia gasosa – Espectrometria de Massa (GC-MS) é uma técnica frequentemente utilizada para a análise de numerosos analitos de interesse forense, incluindo substâncias controladas, líquidos inflamáveis e explosivos. O GC-MS pode ser acoplado à Microextração de Fase Sólida (SPME), na qual uma fibra com revestimento sorptivo é colocada no espaço da cabeça acima de uma amostra ou imersa em uma amostra líquida. Os analitos são sorbados sobre a fibra que é então colocada dentro da entrada aquecida gc para desorção. A Microextração de Fase Sólida (TV-SPME) utiliza a mesma técnica do SPME de imersão, mas imergi a fibra em um extrato de amostra completamente vaporizado. Esta vaporização completa resulta em uma divisória entre apenas a fase de vapor e a fibra SPME sem interferência de uma fase líquida ou quaisquer materiais insolúveis. Dependendo do ponto de ebulição do solvente utilizado, a TV-SPME permite grandes volumes de amostra (por exemplo, até centenas de microliters). A derivatização on-fiber também pode ser realizada utilizando TV-SPME. A TV-SPME tem sido usada para analisar drogas e seus metabólitos em cabelo, urina e saliva. Esta técnica simples também tem sido aplicada a drogas de rua, lipídios, amostras de combustível, resíduos explosivos pós-explosão e poluentes na água. Este artigo destaca o uso de TV-SPME para identificar adúlteros ilegais em amostras muito pequenas (quantidades de microliteres) de bebidas alcoólicas. Tanto o gama-hidroxibutirato (GHB) quanto o gama-butyrolactona (GBL) foram identificados em níveis que seriam encontrados em bebidas espetadas. A derivação por um agente trimetilsilyl permitiu a conversão da matriz aquosa e GHB em seus derivados TMS. No geral, a TV-SPME é rápida, fácil e não requer preparação de amostra, além de colocar a amostra em um frasco de headspace.
Introduction
A Microextração de Fase Sólida (SPME) é uma técnica de amostragem na qual uma amostra líquida ou sólida é colocada em um frasco de espaço para a cabeça e uma fibra SPME, revestida com um material polimérico, é então introduzida no headspace da amostra (ou imersa em uma amostra líquida). O analito é sorbado sobre a fibra e, em seguida, a fibra é colocada dentro da entrada GC para desorção1,2. A Microextração de Fase Sólida (TV-SPME) é uma técnica semelhante à spme de imersão, mas vaporiza completamente uma amostra líquida antes que os analitos sejam adsorvidos na fibra. Isso permite particionamento do analito entre apenas o vapor solvente e o revestimento da fibra, permitindo que mais do analito seja adsorvida na fibra e resultando em boa sensibilidade3. Existem várias fibras SPME disponíveis e a fibra deve ser escolhida com base no analito de interesse, solvente/matriz e agente de derivatização. Consulte a Tabela 1 para analitos de TV-SPME estabelecidos.
| amostra | Analyte | Fibra SPME recomendada | Referência(s) |
| Cabelo Humano | Nicotina, cotinina | Polidimethylsiloxano/divinylbenzeno (PDMS/DVB), poliacrilato (PA) | 3 |
| Pó sem fumo | Nitroglicerina, difenilamina | Polidimimetilsiloxano (PDMS), polietileno glicol (PEG) | 7, 8 |
| Combustível de corrida | Metanol, nitrometano | gancho | 9 |
| Água | Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos | PDMS | 10 |
| Bebidas | ɣ-ácido hidroxibutírico, ɣ-butyrolactona | PDMS | Este Trabalho |
| Pó Sólido | Metanfetamina, anfetamina | PDMS/DVB | inédito |
Mesa 1. Fibras SPME recomendadas com analitos de TV-SPME estabelecidos.
Para realizar a TV-SPME, os analitos são dissolvidos em um solvente e uma alíquota dessa mistura é colocada em um frasco de headspace. As amostras não precisam ser filtradas porque apenas os analitos solventes e voláteis vaporizarão. Devem ser utilizados volumes específicos de amostras líquidas para garantir a vaporização total da amostra. Esses volumes são determinados utilizando-se a Lei do Gás Ideal para calcular o número de mols de um solvente multiplicado pelo volume molar do líquido (Equação 1).
Equação 1
onde Vo é o volume da amostra (mL), P é a pressão de vapor do solvente (barra), Vv é o volume do frasco (L), R é a constante de gás ideal (0,083145 
), M é a massa molar do solvente (g/mol), T é temperatura (K), e é a densidade do 
solvente (g/mL). 3
Para usar a pressão correta do vapor, a equação de Antoine (Equação 2) é usada para explicar a influência da temperatura:4
Equação 2
onde T é temperatura e A, B e C são as constantes antoine para o solvente. A equação 2 pode ser substituída na Equação 1, rendendo:
Equação 3
A equação 3 dá o volume da amostra (Vo) que pode ser completamente vaporizado em função da temperatura e do solvente utilizado.
Para realizar a derivatização com TV-SPME, a fibra SPME é primeiramente exposta a um frasco contendo o agente de derivatização por um período de tempo predeterminado, dependendo do analito. A fibra SPME é então exposta a um novo frasco contendo o analito de interesse. Este frasco é aquecido dentro de um agitador aquecido. O analito é então adsorvido na fibra com o agente de derivatização. A derivatização do analito e/ou da matriz ocorre na fibra antes de ser inserida na entrada gc para desabedação. A Figura 1 mostra uma representação do processo TV-SPME com derivatização.
Figura 1: Representação do processo TV-SPME com derivatização. A fibra SPME entra primeiro no frasco de derivatização onde o agente de derivatização (círculos amarelos) sorb sobre a fibra. A fibra é então introduzida à amostra (círculos azuis) e aquecida. A formação do derivado (círculos verdes) ocorre na fibra durante o tempo de extração. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A TV-SPME é benéfica porque permite que o analito seja derivado durante o processo de extração, o que reduz o tempo de análise. Outros métodos, como a injeção líquida, exigem que o analito reaja com o agente derivatante em solução antes de ser injetado no GC. A TV-SPME também requer pouca ou nenhuma preparação amostral. Uma matriz contendo um analito pode ser colocada diretamente no frasco do espaço para a cabeça e analisada. Muitos compostos de interesse são compatíveis com TV-SPME. Os compostos devem ser solúveis em um solvente e suficientemente voláteis para permitir a vaporização. Além disso, os compostos devem ser termicamente estáveis a serem analisados pelo GC-MS. A TV-SPME tem sido usada para analisar drogas e metabólitos de drogas, combustíveis de corrida, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e materiais explosivos3,5,6,7,8,9,10.
Protocol
Representative Results
Discussion
A TV-SPME tem alguns benefícios sobre a injeção líquida GC em que grandes tamanhos de amostra (por exemplo, 100 μL) podem ser usados sem modificações de instrumentos. A TV-SPME também tem alguns dos mesmos benefícios que o HEADSpace SPME. O SPME do headspace não requer nenhuma extração ou filtragem porque quaisquer compostos não ativos permanecerão no frasco do headspace e não serão adsorvidos na fibra, produzindo uma amostra limpa. Este método também ajuda a eliminar os efeitos da matriz devido a este …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto Nacional de Justiça (Prêmio nº 2015-DN-BX-K058 & 2018-75-CX-0035). As opiniões, achados e conclusões aqui expressas são do autor e não refletem necessariamente as das organizações financiados.
Materials
| 10 µL Syringe | Gerstel | 100111-014-00 | |
| BSTFA + 1% TMCS (10 x 1 GM) | Regis Technologies Inc. | 50442882 | |
| eVol XR Sample Dispensing System Kit | ThermoFisher Scientific | 66002-024 | |
 -Butyrolactone (GBL) |
Sigma-Aldrich | B103608-26G | |
| -Hydroxy Butyric Acid (GHB) |
Cayman Chemicals | 9002506 | |
| Headspace Screw-Thread Vials, 18 mm | Restek | 23083 | |
| Magnetic Screw-Thread Caps, 18 mm | Restek | 23091 | |
| Optima water for HPLC | Fisher Chemical | W71 | |
| SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane (PDMS) | Supelco | 57341-U | |
| SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene (PDMS/DVB) | Supelco | 57293-U | |
| Topaz 2.0 mm ID Straight Inlet Liner | Restek | 23313 |
References
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