ספקטרומטריית כרומטוגרפיה-מסה של גז בשילוב עם מיקרו-אקסטרציה מוצקה של אידוי מוחלט ככלי משפטי
Summary
סה”כ אידוי שלב מוצק Microextraction (TV-SPME) מאדה לחלוטין מדגם נוזלי בעוד analytes הם ספוגים על סיב SPME. זה מאפשר חלוקה למחיצות של האנליט בין אדי הממס בלבד לבין ציפוי סיבי SPME.
Abstract
כרומטוגרפיית גז – ספקטרומטריית מסה (GC-MS) היא טכניקה המשמשת לעתים קרובות לניתוח של ניתוחים רבים בעלי עניין משפטי, כולל חומרים מבוקרים, נוזלים להצתה וחומרי נפץ. ניתן לשלב GC-MS עם מיקרו-אקסטראקציה שלב מוצק (SPME), שבה סיב עם ציפוי סחף ממוקם בחלל הראש מעל דגימה או שקוע במדגם נוזלי. Analytes הם sorbed על הסיבים אשר לאחר מכן ממוקם בתוך כניסת GC מחומם עבור desorption. סה”כ אידוי שלב מוצק Microextraction (TV-SPME) מנצל את אותה טכניקה כמו SPME טבילה אבל טובל את הסיבים לתוך תמצית מדגם מתאדה לחלוטין. אידוי מלא זה גורם למחיצה בין שלב האדים בלבד לבין סיבי SPME ללא הפרעה משלב נוזלי או מחומרים בלתי מסיסים כלשהם. בהתאם לנקודת הרתיחה של הממס המשמש, TV-SPME מאפשר נפחי מדגם גדולים (למשל, עד מאות מיקרוליטרים). נגזרת על סיבים יכולה להתבצע גם באמצעות TV-SPME. TV-SPME שימש לניתוח תרופות מטבוליטים שלהם בשיער, שתן, ורוק. טכניקה פשוטה זו יושמה גם על סמי רחוב, שומנים, דגימות דלק, שאריות נפץ לאחר הפיצוץ, ומזהמים במים. נייר זה מדגיש את השימוש TV-SPME כדי לזהות נואפים בלתי חוקיים בדגימות קטנות מאוד (כמויות microliter) של משקאות אלכוהוליים. הן גאמא-הידרוקסיבוטיראט (GHB) והן גאמא-בוטירולקטון (GBL) זוהו ברמות שיימצאו במשקאות ממוסמרים. Derivatization על ידי סוכן trimethylsilyl מותר המרה של מטריצה מימית ו GHB לתוך נגזרות TMS שלהם. בסך הכל, TV-SPME הוא מהיר, קל, ואינו דורש הכנה לדוגמה מלבד הצבת הדגימה לתוך בקבוקון headspace.
Introduction
Microextraction שלב מלא (SPME) היא טכניקת דגימה שבה מדגם נוזלי או מוצק ממוקם לתוך בקבוקון headspace וסיבי SPME, מצופה חומר פולימרי, הוא הציג לאחר מכן לתוך headspace המדגם (או שקוע במדגם נוזלי). האנליט ספוג בסיבים ולאחר מכן הסיבים ממוקמים בתוך כניסת GC עבור desorption1,2. סה”כ אידוי שלב מוצק Microextraction (TV-SPME) היא טכניקה דומה כמו SPME טבילה אבל מאדה לחלוטין מדגם נוזלי לפני ניתוח נספגים על הסיבים. זה מאפשר חלוקה של ניתוח בין אדי ממס בלבד ציפוי של הסיבים, המאפשר יותר של ניתוח להיות נספג על הסיבים וכתוצאה מכך רגישות טובה3. ישנם סיבי SPME שונים זמינים ואת הסיבים יש לבחור בהתבסס על ניתוח של עניין, ממס / מטריצה, וסוכן נגזרת. ראה טבלה 1 לניתוחי TV-SPME מבוססים.
| לדוגמה | ניתוח (ים) | סיבי SPME מומלצים | אסמכתא |
| שיער אדם | ניקוטין, קוטינין | פולידימתילסילוקסן/דיווינילבנזן (PDMS/DVB), פוליאקרילאט (הרשות הפלסטינית) | 3 |
| אבקה ללא עשן | ניטרוגליצרין, דיפנילאמין | פולידימתילסילוקסן (PDMS), פוליאתילן גליקול (PEG) | 7, 8 |
| דלק מירוץ | מתנול, ניטרומאתן | יתד | 9 |
| מים | פחמימנים ארומטיים פוליציקליים | PDMS | 10 |
| משקאות | חומצה ɣ-הידרוקסיבוטירית, ɣ-בוטיולקטון | PDMS | עבודה זו |
| אבקה מוצקה | מתאמפטמין, אמפטמין | PDMS/DVB | לא פורסם |
שולחן 1. סיבי SPME מומלצים עם ניתוחי TV-SPME מבוססים.
כדי לבצע טלוויזיה-SPME, analytes מומסים ממס aliquot של תערובת זו ממוקם לתוך בקבוקון headspace. דגימות לא צריך להיות מסונן כי רק הממס וניתוח נדיף יהיה להתאדות. כמויות ספציפיות של דגימות נוזליות יש להשתמש כדי להבטיח אידוי מוחלט של המדגם. כרכים אלה נקבעים על ידי שימוש בחוק הגז האידיאלי לחישוב מספר השומות של ממס כפול נפח הטוחנת של הנוזל (משוואה 1).
משוואה 1
כאשר Vo הוא נפח המדגם (mL), P הוא לחץ האדים של הממס (בר), Vv הוא נפח הבקבוקון (L), R הוא קבוע הגז האידיאלי (0.083145 
), M הוא המסה הטוחנת של הממס (g / mol), T הוא טמפרטורה (K), 
והוא הצפיפות של הממס (g / mL). 3
כדי להשתמש בלחץ האדים הנכון, משוואת אנטואן (משוואה 2) משמשת להשפעת הטמפרטורה:4
משוואה 2
כאשר T הוא טמפרטורה ו- A, B, ו- C הם קבועי אנטואן עבור הממס. ניתן להחליף את משוואה 2 במשוואה 1, המניבה:
משוואה 3
משוואה 3 נותנת את נפח המדגם (Vo)שניתן לאדות לחלוטין כפונקציה של הטמפרטורה והממס המשמשים.
כדי לבצע נגזרת עם TV-SPME, סיבי SPME נחשפים תחילה לבקבוקון המכיל את סוכן הנגזרות לפרק זמן קבוע מראש בהתאם לניתוח. סיבי SPME נחשפים לאחר מכן לבקבוקון חדש המכיל את ניתוח העניין. בקבוקון זה מחומם בתוך מסית מחומם. לאחר מכן, האנליט נספג על הסיבים עם סוכן הנגזרות. הנגזרות של הניתוח ו/או המטריצה מתרחשת על הסיבים לפני החדרתם למפרצון GC לצורך ביטול ספיגה. איור 1 מציג תיאור של תהליך TV-SPME עם נגזרת.
איור 1: תיאור תהליך TV-SPME עם נגזרת. סיב SPME נכנס תחילה בקבוקון הנגזרת שבו סוכן הנגזרות (עיגולים צהובים) סורבים על הסיבים. לאחר מכן הסיבים מוצגים לדגימה (עיגולים כחולים) ומחוממים. היווצרות הנגזרת (עיגולים ירוקים) מתרחשת על הסיבים במהלך זמן החילוץ. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
טלוויזיה-SPME מועיל כי זה מאפשר לנתח להיות נגזר במהלך תהליך החילוץ אשר מקטין את זמן הניתוח. שיטות אחרות, כגון הזרקת נוזלים, דורשות שהאנליט יגיב עם הסוכן הנגזר בתמיסה לפני שהוזרק ל- GC. TV-SPME גם דורש הכנה מועטה עד ללא מדגם. מטריצה המכילה ניתוח עשויה להיות ממוקמת ישירות לתוך בקבוקון headspace וניתוח. תרכובות מעניינות רבות תואמות ל- TV-SPME. תרכובות חייב להיות מסיס ממס נדיף מספיק כדי לאפשר אידוי. בנוסף, תרכובות חייבות להיות יציבות תרמית כדי להיות מנותחות על ידי GC-MS. TV-SPME שימש לניתוח תרופות מטבוליטים סמים, דלקים מירוץ, פחמימנים ארומטיים פוליציקליים, וחומרי נפץ3,5,6,7,8,9,10.
Protocol
Representative Results
Discussion
TV-SPME יש כמה יתרונות על GC הזרקת נוזלים בגדלים מדגם גדול (למשל, 100 μL) ניתן להשתמש ללא שינויים במכשיר. ל- TV-SPME יש גם חלק מאותם יתרונות כמו HEADSPACE SPME. Headspace SPME אינו דורש כל מיצוי או סינון כי כל תרכובות לא נדיפות יישארו בבקבוקון headspace ולא יספגו על הסיבים, מניב מדגם נקי. שיטה זו מסייעת גם לחסל אפקטים מטר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי המכון הלאומי לצדק (פרס מס’ 2015-DN-BX-K058 & 2018-75-CX-0035). הדעות, הממצאים והמסקנות המובעים כאן הם של המחבר ואינם משקפים בהכרח את אלה של ארגוני המימון.
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
- Pawliszyn, J. B. Method and Device for Solid Phase Microextraction and Desorption. United States patent. , (2005).
- Pawliszyn, J. . Solid phase microextraction: theory and practice. , (1997).
- Rainey, C. L., Bors, D. E., Goodpaster, J. V. Design and optimization of a total vaporization technique coupled to solid-phase microextraction. Analytical Chemistry. 86 (22), 11319-11325 (2014).
- Sinnott, R. . Chemical Engineering Design: Chemical Engineering. 6, (2005).
- Davis, K. . Detection of Illicit Drugs in Various Matrices Via Total Vaporization Solid-Phase Microextraction (TV-SPME). , (2019).
- Ash, J., Hickey, L., Goodpaster, J. Formation and identification of novel derivatives of primary amine and zwitterionic drugs. Forensic Chemistry. 10, 37-47 (2018).
- Sauzier, G., Bors, D., Ash, J., Goodpaster, J. V., Lewis, S. W. Optimisation of recovery protocols for double-base smokeless powder residues analysed by total vaporisation (TV) SPME/GC-MS. Talanta. 158, 368-374 (2016).
- Bors, D., Goodpaster, J. Mapping smokeless powder residue on PVC pipe bomb fragments using total vaporization solid phase microextraction. Forensic science international. 276, 71-76 (2017).
- Bors, D., Goodpaster, J. Chemical analysis of racing fuels using total vaporization and gas chromatography mass spectrometry (GC/MS). Analytical Methods. 8 (19), 3899-3902 (2016).
- Beiranvand, M., Ghiasvand, A. Design and optimization of the VA-TV-SPME method for ultrasensitive determination of the PAHs in polluted water. Talanta. 212, 120809 (2020).
