JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

استخراج فيزي هو تقنية المختبر الجديد لتحليل المركبات المتطايرة و سيميفولاتيل. يتم حل غاز الناقل في العينة السائلة عن طريق تطبيق الضغط الزائد وإثارة العينة. ثم يتم فك ضغط غرفة العينة. وتحرر الأنواع الحليلة إلى مرحلة الغاز بسبب إفرازها.

Abstract

التحليل الكيميائي للمركبات المتطايرة و سيميفولاتيل الذائبة في عينات السائل يمكن أن يكون تحديا. ويتعين إحضار المكونات المذابة إلى طور الغاز، ونقلها بكفاءة إلى نظام الكشف. استخراج فيزي يستفيد من ظاهرة إفرسانسانس. أولا، يتم حل غاز الناقل (هنا، ثاني أكسيد الكربون) في العينة عن طريق تطبيق الضغط الزائد وإثارة العينة. ثانيا، يتم فك ضغط غرفة العينة فجأة. تخفيف الضغط يؤدي إلى تشكيل العديد من فقاعات الغاز الناقل في عينة السائل. تساعد هذه الفقاعات الإفراج عن الأنواع الحليلة المذابة من السائل إلى مرحلة الغاز. يتم نقل التحاليل صدر فورا إلى الغلاف الجوي واجهة التأين الكيميائية الضغط من مطياف الكتلة الرباعي الثلاثي. وتؤدي الأنواع التحليلية المتأينة إلى ظهور إشارات مطياف الكتلة في المجال الزمني. لأن الإفراج عن الأنواع الحليلة يحدث على فترات قصيرة من الزمن (بضع ثوانأوندز)، والإشارات الزمنية لديها اتساعات عالية ونسب إشارة عالية إلى الضوضاء. ويمكن بعد ذلك ربط الاتساع والمناطق من القمم الزمنية مع تركيزات من التحاليل في عينات السائل تعرض لاستخراج الغازية، والتي تمكن التحليل الكمي. مزايا الاستخراج الغازية تشمل: البساطة، السرعة، والاستخدام المحدود للمواد الكيميائية (المذيبات).

Introduction

وترتبط الظواهر المختلفة الملحوظة في الطبيعة والحياة اليومية بالتوازن الطوري للغاز السائل. يذوب ثاني أكسيد الكربون في المشروبات الغازية والكحولية تحت ضغط مرتفع. عندما يتم فتح زجاجة من مثل هذا المشروب الغازية، ينخفض ​​الضغط إلى أسفل، فقاعات الغاز التسرع في سطح السائل. في هذه الحالة، إفرفزانس يحسن الخصائص الحسية من المشروبات. الإفراج عن فقاعات الغاز هو أيضا السبب الرئيسي لداء الضغط ("الانحناءات") 1 . بسبب الضغط المفاجئ، شكل فقاعات في أجسام الغواصين. يعالج الأشخاص الذين يعانون من مرض الضغط في غرف الضغط العالي.

فقاعات الغاز لديها تطبيقات مختلفة في الكيمياء التحليلية. ومن الجدير بالذكر أن طرق التمدد تعتمد على تمرير فقاعات الغاز من خلال عينات سائلة لاستخراج المركبات المتطايرة 2 . على سبيل المثال، يتم الجمع بين طريقة تسمى "حلقة تطهير مغلقة" مع كروماتوغرافيا الغاز لتمكين التحليل السريع لل ديالمتطايرة سسولفد 3 . في حين أن التمدد يمكن استخراج باستمرار المتطايرة مع مرور الوقت، فإنه لا يقتصر عليها في الفضاء أو الوقت. يجب أن تكون أنواع الطور الغازي المفرج عنهم محاصرة، وفي بعض الحالات تتركز من خلال تطبيق برنامج درجة الحرارة أو استخدام المواد الماصة. وبالتالي، هناك حاجة إلى إدخال استراتيجيات جديدة على الانترنت عينة العلاج، والتي يمكن أن تقلل من عدد من الخطوات، وفي الوقت نفسه، تركز التحليلات المتطايرة في الفضاء أو الوقت.

لمعالجة التحدي المتمثل في استخراج المركبات المتطايرة من العينات السائلة، وإجراء تحليل على الخط، أدخلنا مؤخرا "استخراج الغازية" 4 . هذه التقنية الجديدة تستفيد من ظاهرة إفرازانس. باختصار، يتم حل غاز الناقل (هنا، ثاني أكسيد الكربون) أولا في العينة عن طريق تطبيق الضغط الزائد واثارة العينة. ثم، يتم فك ضغط غرفة العينة فجأة. الضغط المفاجئ يؤدي إلى تشكيل العديد من فقاعات الغاز الناقل في عينة السائل. تساعد هذه الفقاعات الإفراج عن الأنواع الحليلة المذابة من السائل إلى مرحلة الغاز. يتم نقل التحاليل صدر فورا إلى مطياف الكتلة، وإنتاج إشارات في المجال الزمني. لأن الافراج عن الأنواع الحليلة يقتصر على فترة قصيرة من الزمن (بضع ثوان)، والإشارات الزمنية لديها اتساعات عالية ونسب إشارة عالية إلى الضوضاء.

الضغوط التي تنطوي عليها عملية استخراج الغاز هي منخفضة جدا (~ 150 كيلو باسكال) 4 ؛ أقل بكثير مما كانت عليه في استخراج السوائل فوق الحرجة 5 (على سبيل المثال ، ≥10 مبا). هذه التقنية لا تتطلب استخدام أي المواد الاستهلاكية الخاصة (الأعمدة، خراطيش). وتستخدم فقط كميات صغيرة من المذيبات للتخفيف والتنظيف. جهاز الاستخلاص يمكن تجميعها من قبل الكيميائيين مع المهارات التقنية المتوسطة باستخدام أجزاء متاحة على نطاق واسع 4 ؛ على سبيل المثال، وحدات إلكترونية مفتوحة المصدر"> 6 ، 7. يمكن أن يقترن استخراج فيزي على الخط مع مطياف الكتلة الحديثة مجهزة واجهة الغلاف الجوي التأين الكيميائية (أبسي)، لأن مقتطفات مرحلة الغاز يتم نقلها إلى مصدر أيون، وتشغيل استخراج الغازية لا تلوث بشكل كبير الضعيفة أجزاء من مطياف الكتلة.

والغرض من هذه المقالة تجربة تصور هو لتوجيه المشاهدين حول كيفية تنفيذ استخراج الغازية في مهمة تحليلية بسيطة. في حين أن جوهر نظام استخراج الغازية كما هو موضح في تقريرنا السابق 4 ، وقد أدخلت العديد من التحسينات لجعل العملية أكثر وضوحا. وقد تم دمج متحكم مجهزة درع شاشة لد في النظام لعرض المعلمات استخراج الرئيسية في الوقت الحقيقي. تتم برمجة كافة الوظائف في البرامج النصية متحكم، ولم يعد هناك حاجة لاستخدام كمبيوتر خارجي ل cأونترول نظام الاستخراج.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

ويفترض هذا البروتوكول أن يتم تنفيذ جميع الخطوات وفقا للوائح السلامة المختبرية ذات الصلة. تستخدم بعض الخطوات الأدوات التجارية - في تلك الحالات، يجب اتباع المبادئ التوجيهية للمصنع. عند التعامل مع المواد الكيميائية السامة، يجب اتباع إرشادات مسس. المعدات المخصصة 4 يجب أن تعمل بحذر؛ خصوصا عند التعامل مع الغازات المضغوطة و الأسلاك الكهربائية الحية.

1. إعداد الحل القياسي

  1. إعداد 6.2 × 10 -2 M حل الأسهم من الليمونين في الإيثانول عن طريق خلط 10 ميكرولتر الليمونين مع 990 ميكرولتر الإيثانول.
  2. إعداد 10 مل من 6.2 × 10 -5 محلول الليموين M عن طريق خلط 10 ميكرولتر 6.2 × 10 -2 الليمونين، 490 ميكرولتر الإيثانول، وإضافة الماء النقي إلى الحجم النهائي من 10 مل. هز القارورة الحجمي بدقة.
  3. نقل حل معيار أعدت إلى 20 مل المسمار الأعلى قارورة زجاج الرأس مع سيبتوم كاب. يمكن استخدام الحل القياسي المخفف لاختبار النظام.

2. إعداد عينة حقيقية

  1. الحصول على عصير الليمون عن طريق الضغط الفاكهة الجير الطازج (مقطعة إلى نصف) على عصارة المطبخ.
  2. إعداد 10 مل من عصير الليمون المخفف عن طريق خلط 2 مل عصير الليمون، و 500 ميكرولتر من الإيثانول، وإضافة الماء النقي إلى الحجم النهائي من 10 مل. هز القارورة الحجمي بدقة.
  3. نقل عينة أعدت إلى 20 مل المسمار الأعلى قارورة زجاج الرأس مع غطاء الحاجز.

3. سبايكينغ العينة الحقيقية مع الحل القياسي

  1. أول إضافة القياسية: إعداد 10 مل من عينة ارتفعت عن طريق خلط 2 مل عصير الليمون، 10 ميكرولتر 6.2 × 10 -2 M محلول الليموين، 490 ميكرولتر الإيثانول، وإضافة الماء النقي إلى الحجم النهائي من 10 مل. هز القارورة الحجمي بدقة.
  2. إضافة معيار الثاني: إعداد 10 مل من عينة ارتفعت عن طريق خلط 2 مل عصير الليمون، 20 ميكرولتر 6.2 × 10 -2 M الليمونينه الحل، 480 ميكرولتر الإيثانول، وإضافة الماء النقي إلى الحجم النهائي من 10 مل. هز القارورة الحجمي بدقة.

4. إعداد نظام استخراج فيزي

  1. وضع نظام استخراج الغازية ( الشكل 1 ) 4 بجانب مصدر أبسي من مطياف الكتلة الرباعي الثلاثي.
  2. توصيل اسطوانة غاز ثاني أكسيد الكربون إلى مدخل إمدادات الغاز من نظام استخراج الغاز. افتح الصمام في منظم الغاز. ضبط ضغط الإخراج إلى 1.5 بار (150 كيلو باسكال).
  3. توصيل منفذ غرفة الاستخراج إلى مدخل مصدر أيون.
  4. توصيل نظام الاستخراج الغازية إلى 12-V إمدادات الطاقة.
  5. إعداد برنامج الحصول على البيانات من مطياف الكتلة الرباعي الثلاثي ( الشكل 2 ). تشغيل الصك مع مصدر أبسي، في رصد أيون الموجب المتعدد (مرم) وضع، مع الأرجون كما الاصطدامغاز.
    1. تشغيل برنامج الحصول على البيانات.
    2. حدد الخيار "LCMS8030 فقط".
    3. حدد الخيار "مس تشغيل / إيقاف".
    4. تعيين درجة حرارة خط ديسولفاتيون إلى 250 درجة مئوية، ومعدل تدفق تجفيف الغاز إلى 15 لتر دقيقة -1 . انتظر حتى تصبح قيمة كل معلمة صك هي نفس قيمة الضبط المسبق.
    5. حدد ملف طريقة الحصول على بيانات مس.
    6. تأكد من أن الجهد الاصطدام هو -20 V، والسلائف أيون م / ض هو 137، وشظية أيون م / ض هي 81 و 95
    7. انقر على زر "بدء تشغيل واحد".
    8. اكتب اسم الملف.
    9. حدد مسار الملف.
    10. الانتقال إلى القسم 5 ("أداء استخراج الغازية").
    11. حدد الخيار "مس تشغيل / إيقاف".
    12. أغلق نافذة البرنامج.
    13. ضع علامة على البنود "نبوليزينغ الغاز قبالة"، "دل سخان قبالة"، "الحرارة كتلة إيقاف"، و "الغاز الجاف قبالة". انقر فوق موافق&# 34 ؛.

5. أداء استخراج فيزي

  1. وضع قنينة عينة في نظام استخراج الغازية باستخدام المسمار جبل. يتم تشغيل نظام الاستخراج في درجة حرارة الغرفة (~ 25 درجة مئوية).
  2. اضغط على زر "ابدأ" على درع لد من نظام استخراج الغاز.
  3. الانتظار في حين يتم تنفيذ عملية استخراج الغازية الغازية ( الشكل 3 ). مراقبة تطوير الإشارات الأيونية على شاشة مطياف الكتلة الرباعي الثلاثي.
    ملاحظة: يتم تنفيذ الخطوات التالية تلقائيا: يتم مسح مساحة الرأس مع ثاني أكسيد الكربون خلال 60 ثانية. يتم ضغط العينة مع ثاني أكسيد الكربون خلال 60 ثانية. محرك النمام على. العينة غير مضغوطة. يتم تشكيل فقاعات متعددة. في مرحلة لاحقة، محرك النمام هو على تعزيز فقاعات.
  4. إخراج (فك) قارورة عينة.
  5. مسح عينة التحريك المغزل مع الأنسجة السليلوز.
  6. غسل سب التحريكإندل مع الإيثانول، ومسحه مع الأنسجة السليلوز مرة أخرى.
  7. النظام جاهز لتحليل عينة أخرى (كرر الخطوات من 5.1-5.6).
  8. أوقف تشغيل مصدر الطاقة.
  9. افصل أنبوب خروج الغاز الدهني من مصدر أيون.
  10. أغلق صمام أسطوانة الغاز، وافصل أنابيب الغاز.

6. تحليل البيانات

  1. تصدير استخراج التيارات الأيونية ل م / ض 81 من برنامج اكتساب البيانات مطياف الكتلة الثلاثي الثلاثي لملفات أسي ( الشكل 4 ).
    ملاحظة: لا يستخدم التيار الأيوني في م / ض 95 في هذه المظاهرة.
    1. تشغيل برنامج الحصول على البيانات. حدد الخيار "بوسترون".
    2. حدد الخيار "تحديد مشروع (مجلد)"، واختر ملف البيانات.
    3. انقر على القائمة "ملف"، وحدد "تصدير البيانات" / "تصدير البيانات كما أسي".
    4. تحديد "؛ ملف الإخراج "، وحدد مسار الملف حدد" مس كروماتوغرام (ماك) ".
  2. استيراد مجموعات البيانات الخام في برامج التكامل الذروة، وقياس المناطق الذروة ( الشكل 5 ). الإعدادات: خط الأساس الخطية. وظيفة هفل.
    1. تشغيل برنامج التكامل الذروة.
    2. حدد الخيار "استيراد" من القائمة "ملف". انقر على زر "نعم".
    3. حدد البيانات في العمودين X و Y. انقر على زر "موافق". حدد الخيار "أوتوفيت قمم I المتبقي".
    4. تناسب استخراج الذروة شبه تلقائيا. تأكد من أن المنحنى المجهز يتبع نقاط البيانات التجريبية. حدد الخيار "تقديرات الذروة القائمة". حدد الخيار "محرر أسي".
    5. نسخ نتائج المناسب إلى "الحافظة".
  3. إدخال مناطق الذروة المقاسة إلى جدول بيانات في برامج تحليل البيانات ( الشكل 6 ). <رأ>
  4. تشغيل برنامج تحليل البيانات.
  5. إدخال قيم التركيز في العمود X وقيم منطقة الذروة في العمود Y. حدد الخيار "رمز" / "مبعثر" من القائمة "مؤامرة". حدد الخيار "المناسب" / "تناسب الخطي" من القائمة "تحليل".
  • حساب تركيز الليمونين في العينة الحقيقية المخففة استنادا إلى الصيغة:
    figure-protocol-8927
    حيث أنا هو اعتراض الدالة الخطية، بينما S هو المنحدر.
  • حساب تركيز الليمونين في العينة الحقيقية الأصلية (قبل التخفيف) استنادا إلى الصيغة:
    figure-protocol-9210
    حيث دف هو عامل التخفيف (هنا، 5).

    • Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    النتائج

    في البداية، يتم اختبار نظام الاستخراج الغازية مع حل قياسي. وفي وقت لاحق، العينة الحقيقية وعينة حقيقية ارتفعت مع معيار يتم تحليلها. ترتبط مناطق القمم الزمنية للأحداث الاستخراجية بتركيزات التحاليل في العينات السائلة المعرضة للاستخراج الغازي، والتي...

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Discussion

    وقد تم تطوير العديد من الطرق الذكية لتقديم عينات إلى مطياف الكتلة في الدراسات التي أجريت خلال العقود الثلاثة الماضية (على سبيل المثال ، المراجع 8 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 ،

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Disclosures

    الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

    Acknowledgements

    نود أن نشكر وزارة العلوم والتكنولوجيا في تايوان (منحة رقم: موست 104-2628-M-009-003-MY4) للحصول على الدعم المالي لهذا العمل.

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Materials

    NameCompanyCatalog NumberComments
    WaterFisherW6212Diluent
    EthanolSigma-Aldrich32221-2.5LDiluent
    (R)-(+)-LimoneneSigma-Aldrich183164-100MLStandard
    Carbon dioxideChiaLungn/aCarrier gas
    Cellulose tissue, Kimwipes KimtechKimberly-Clark34120Used for cleaning
    Triple quadrupole mass spectrometerShimadzuLCMS-8030Detection system
    Atmospheric pressure chemical ionization interfaceShimadzuDuisIon source
    20-mL screw top headspace glass vial with septum capThermo Fisher ScientificD-52379Sample vial
    LabSolutions softwareShimadzun/aversion 5.82
    PeakFit softwareSystat Softwaren/aversion 4.12
    OriginPro softwareOriginLabn/aversion 8

    References

    1. McCallum, R. I. Decompression sickness: a review. Brit J Industr Med. 25, 4-21 (1968).
    2. Comprehensive Sampling and Sample Preparation. Pawliszyn, J. , Elsevier. Amsterdam. (2012).
    3. Wang, T., Lenahan, R. Determination of volatile halocarbons in water by purge-closed loop gas chromatography. Bull Environ Contam Toxicol. 32, 429-438 (1984).
    4. Chang, C. -H., Urban, P. L. Fizzy extraction of volatile and semivolatile compounds into the gas phase. Anal Chem. 88, 8735-8740 (2016).
    5. Zougagh, M., Valcárcel, M., Ríos, A. Supercritical fluid extraction: a critical review of its analytical usefulness. Trends Anal Chem. 23, 399-405 (2004).
    6. Urban, P. L. Universal electronics for miniature and automated chemical assays. Analyst. 140, 963-975 (2015).
    7. Urban, P. Self-built labware stimulates creativity. Nature. 532, 313(2016).
    8. 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).
    9. 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).
    10. 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).
    11. 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).
    12. 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).
    13. Urban, P. L., Chen, Y. -C., Wang, Y. -S. Time-Resolved Mass Spectrometry: From Concept to Applications. , Wiley. Chichester. (2016).
    14. Peacock, P. M., Zhang, W. -J., Trimpin, S. Advances in ionization for mass spectrometry. Anal Chem. 89, 372-388 (2017).
    15. 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).
    16. 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).
    17. 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).
    18. 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. , in press (2017).
    19. 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).
    20. 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).
    21. Hakim, I. A., McClure, T., Liebler, D. Assessing dietary D-limonene intake for epidemiological studies. J Food Compos Anal. 13, 329-336 (2000).

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Reprints and Permissions

    Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

    Request Permission

    Explore More Articles

    125

    This article has been published

    Video Coming Soon

    JoVE Logo

    Privacy

    Terms of Use

    Policies

    Contact Us

    Recommend to library

    JoVE NEWSLETTERS

    Research

    Education

    Authors

    Librarians

    ABOUT JoVE

    Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved