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

مجموع التبخر الصلبة المرحلة Microextraction (TV-SPME) يتبخر تماما عينة السائل في حين يتم sorbed التحليلات على ألياف SPME. وهذا يسمح لتقسيم التحليل بين بخار المذيبات فقط وطلاء الألياف SPME.

Abstract

الكروماتوغرافيا الغازية – قياس الطيف الكتلي (GC-MS) هو تقنية تستخدم بشكل متكرر لتحليل العديد من التحليلات ذات الاهتمام الشرعي، بما في ذلك المواد الخاضعة للرقابة والسوائل القابلة للاشتعال والمتفجرات. يمكن أن يقترن GC-MS مع Microextraction المرحلة الصلبة (SPME)، حيث يتم وضع الألياف مع طلاء الامتصاص في مساحة الرأس فوق عينة أو مغمورة في عينة سائلة. يتم شرب الاليات على الألياف التي يتم وضعها بعد ذلك داخل مدخل GC ساخنة desorption. مجموع تبخير الصلبة المرحلة Microextraction (TV-SPME) يستخدم نفس الأسلوب كما SPME الغمر ولكن يغمر الألياف في استخراج عينة تبخير تماما. ينتج عن هذا التبخير الكامل تقسيم بين مرحلة البخار فقط وألياف SPME دون تدخل من مرحلة سائلة أو أي مواد غير قابلة للذوبان. اعتمادا على نقطة الغليان للمذيب المستخدمة، TV-SPME يسمح لحجم عينة كبيرة (على سبيل المثال، تصل إلى مئات من microliters). يمكن أيضا تنفيذ اشتقاق الألياف باستخدام TV-SPME. وقد استخدمت TV-SPME لتحليل الأدوية والأيض في الشعر والبول واللعاب. وقد طبقت هذه التقنية البسيطة أيضا على عقاقير الشوارع والدهون وعينات الوقود ومخلفات المتفجرات بعد الانفجار والملوثات في المياه. تسلط هذه الورقة الضوء على استخدام TV-SPME لتحديد الزناة غير الشرعيين في عينات صغيرة جدا (كميات ميكرولتر) من المشروبات الكحولية. تم تحديد كل من غاما هيدروكسي بوتيرات (GHB) وغاما بوتيرولاكتون (GBL) عند مستويات يمكن العثور عليها في المشروبات ارتفعت. الاشتقاق بواسطة عامل تريميثيلسيليل يسمح لتحويل المصفوفة المائية وGHB إلى مشتقات TMS الخاصة بهم. بشكل عام، TV-SPME سريع وسهل ولا يتطلب إعداد عينة باستثناء وضع العينة في قارورة مساحة الرأس.

Introduction

المرحلة الصلبة Microextraction (SPME) هي تقنية أخذ العينات التي يتم فيها وضع عينة سائلة أو صلبة في قارورة مساحة الرأس ويتم إدخال ألياف SPME ، المغلفة بمادة بوليمرية ، في مساحة الرأس العينة (أو مغمورة في عينة سائلة). يتم شرب التحليل على الألياف ثم يتم وضع الألياف داخل مدخل GC لإزالة الامتصاص1،2. مجموع تبخير الصلبة المرحلة Microextraction (TV-SPME) هو تقنية مماثلة كما SPME الغمر ولكن يتبخر تماما عينة السائل قبل أن يتم امتصاص التحليلات على الألياف. وهذا يسمح لتقسيم التحليل بين بخار المذيبات فقط وطلاء الألياف ، مما يسمح لمزيد من التحليل أن يكون مهزوا على الألياف ويؤدي إلى حساسية جيدة3. هناك مختلف ألياف SPME المتاحة وينبغي اختيار الألياف على أساس تحليل الفائدة، والمذيبات / مصفوفة، وعامل اشتقاق. راجع الجدول 1 للحصول على التحليلات TV-SPME المنشأة.

عينةتحليل (ق)الموصى بها SPME الأليافالمرجع (المراجع)
شعر الإنسانالنيكوتين، الكوتينينبوليديميثيلسيلوكسيان/ديفينيلبنزين (PDMS/DVB)، بولي أكريلات (PA)3
مسحوق بلا دخاننيتروجليسرين، ديفينيلامينبوليديمثيلسيل أوكسان (PDMS)، بولي إيثيلين غليكول (PEG)7, 8
سباق الوقودالميثانول، نيتروميثانالوتد9
الماءالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقاتنظام إدارة البيانات الرقمية10
المشروباتحمض ɣ هيدروكسي بوتيريك، ɣ بوتيرولاكتوننظام إدارة البيانات الرقميةهذا العمل
مسحوق صلبالميثامفيتامين والأمفيتامينPDMS/DVBغير منشوره

الجدول 1 - الجداول ألياف SPME الموصى بها مع التحليلات TV-SPME المنشأة.

لأداء TV-SPME، يتم حل التحليلات في المذيبات ويتم وضع aliquot من هذا الخليط في قارورة مساحة الرأس. لا تحتاج العينات إلى التصفية لأن المذيبات والتحليلات المتطايرة فقط هي التي ستتبخر. يجب استخدام كميات محددة من العينات السائلة لضمان التبخير الكلي للعينة. يتم تحديد هذه الأحجام باستخدام قانون الغاز المثالي لحساب عدد الشامات من المذيبات مضروبة في حجم الضرس من السائل (المعادلة 1).
figure-introduction-2539 المعادلة 1

حيث Vo هو حجم العينة (مل)، P هو ضغط بخار المذيب (بار)،V v هو حجم القارورة (L)، R هو ثابت الغاز المثالي (0.083145)، M هو figure-introduction-2788 الكتلة الأضراس للمذيب (ز / مول)، T هو درجة الحرارة (K)، figure-introduction-2912 وكثافة المذيب (غرام / مل). 3

من أجل استخدام ضغط البخار الصحيح ، يتم استخدام معادلة أنطوان (المعادلة 2) لحساب تأثير درجة الحرارة:4
figure-introduction-3189 المعادلة 2

حيث T هي درجة الحرارة و A، B، و C هي ثوابت أنطوان للمذيب. يمكن استبدال المعادلة 2 في المعادلة 1، مما يؤدي إلى:
figure-introduction-3410 المعادلة 3

المعادلة 3 يعطي حجم العينة (Vس)التي يمكن تبخيرها تماما كدالة لدرجة الحرارة والمذيبات المستخدمة.

لتنفيذ derivatization مع TV-SPME، يتم أولا عرض الألياف SPME إلى قارورة تحتوي على عامل اشتقاق لمقدار محدد مسبقا من الوقت اعتمادا على التحليل. ثم تتعرض ألياف SPME إلى قارورة جديدة تحتوي على تحليل الاهتمام. يتم تسخين هذه القارورة داخل محرض ساخن. ثم يتم نقع التحليل على الألياف باستخدام عامل الاشتقاق. اشتقاق التحليل و / أو المصفوفة يحدث على الألياف قبل إدراجها في مدخل GC لإزالة الامتصاص. يظهر الشكل 1 تصويرا لعملية TV-SPME مع اشتقاق.

figure-introduction-4177
الشكل 1: تصوير عملية TV-SPME مع اشتقاق. تدخل ألياف SPME أولا قارورة الاشتقاق حيث يقوم عامل الاشتقاق (الدوائر الصفراء) بالتسرب إلى الألياف. ثم يتم إدخال الألياف إلى العينة (الدوائر الزرقاء) وتسخينها. تشكيل مشتق (الدوائر الخضراء) يحدث على الألياف خلال وقت الاستخراج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

TV-SPME مفيد لأنه يسمح للتحليل أن تكون مشتقة أثناء عملية الاستخراج مما يقلل من وقت التحليل. تتطلب الطرق الأخرى ، مثل الحقن السائل ، تفاعل التحليل مع عامل الاشتقاق في المحلول قبل حقنه في GC. التلفزيون SPME يتطلب أيضا القليل من إعداد العينة أو معدومة. يمكن وضع مصفوفة تحتوي على تحليل مباشرة في قارورة مساحة الرأس وتحليلها. العديد من المركبات ذات الاهتمام متوافقة مع TV-SPME. يجب أن تكون المركبات قابلة للذوبان في المذيبات ومتقلبة بما فيه الكفاية للسماح للتبخير. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون المركبات مستقرة حراريا ليتم تحليلها بواسطة GC-MS. وقد استخدمت TV-SPME لتحليل المخدرات والأيض المخدرات, سباقات الوقود, الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات, والمواد المتفجرة3,5,6,7,8,9,10.

Protocol

1. إعداد عينة TV-SPME العامة وتحليل GC-MS

ملاحظة: إذا تم حل العينة بالفعل في مصفوفة، انتقل إلى الخطوة 1.2.

  1. استخراج أو حل العينة الصلبة في ما يكفي من المذيبات (الماء والميثانول والأسيتون، الخ) للوصول إلى التركيز المطلوب. يمكن استخدام عينات السائل "كما هو".
    ملاحظة: تعتمد كمية العينة الصلبة المستخدمة على التركيز المطلوب للعينة. يوصى بالتركيزات التي تقل عن 1 ppm (w/v) لتجنب تحميل عمود GC فوق طاقته. يجب أن يكون التحليل قابلا للذوبان في المذيبات العضوية المختارة.
    1. تأكد من أن العينة قد حلت بالكامل.
  2. احسب الحجم اللازم لتبخير العينة بالكامل باستخدام المعادلة 3 عند درجة الحرارة المختارة. على سبيل المثال، إذا كان للتجربة أن تتم عند 60 درجة مئوية، فاحسب الحجم اللازم لتبخير المذيب بالكامل عند 60 درجة مئوية.
    1. نقل حجم العينة هذا إلى قارورة مساحة الرأس وتأمين الغطاء. وتشمل الطرق المقبولة لنقل العينات السائلة على مقياس الميكرليتر يدويا عن طريق حقنة زجاجية، أو حقنة زجاجية إلكترونية، أو روبوت أوتوسامبلر قادر على نقل السوائل لإعداد العينات.
  3. إذا اشتقاق العينة، قم بإعداد عامل اشتقاق المناسبة عن طريق وضع ~ 1 مل من العامل في قارورة مساحة الرأس.
    1. اختر عامل اشتقاق استنادا إلى نوع اشتقاق المطلوبة: الألكيليشن، acylation، أو سيلييشن. في هذه الحالة، عامل اشتقاق الموصى بها لحمض الكربوكسيليك ومجموعات الكحول وظيفية وجدت على GHB هو O-bis(trimethylsilyl) ثلاثي فلوريواسيتاميد (BSTFA). يمكن استخدام عامل اشتقاق "كما هو" ولا يتطلب التخفيف. مل واحد من عامل اشتقاق يكفي لضمان التشبع الكامل للألياف SPME.
      تنبيه: عوامل الاشتقاق سامة وينبغي التعامل معها في غطاء الدخان.
  4. تعيين درجة حرارة الحضانة / الاستخراج المناسبة استنادا إلى الحساب في الخطوة 1.2. تضمن درجة الحرارة هذه التبخير الكلي، واستخراج عينات كافية، والإشتقاق الكامل (إذا لزم الأمر).
    1. حدد معلمات GC-MS (برنامج درجة حرارة الفرن ومعدل التدفق ودرجة حرارة المدخل وما إلى ذلك) استنادا إلى فئة المركب (المركب) من الفائدة. راجع الخطوة 3 للحصول على مجموعة معلمات مثال.
    2. تأكد من أن بطانة المدخل المناسبة (على سبيل المثال، قطرها الداخلي 2 مم أو أقل) موجودة في مدخل GC.
  5. تأكد من أن ألياف SPME قد تم تكييفها بشكل صحيح وهي في حالة عمل جيدة قبل بدء التحليل.
    1. تختلف معلمات تكييف استنادا إلى نوع من الألياف SPME المستخدمة. يرجى الاطلاع على إرشادات الألياف SPME لدرجة حرارة التكييف المناسبة والوقت. بشكل عام، تحليل العديد من الفراغات الألياف SPME حتى تكون قابلة للاستنساخ كافية لوصف الألياف SPME كما مشروطة تماما.

2. غاما هيدروكسي بوتيرات (GHB) و غاما بوتيرولاكتون (GBL) إعداد العينة

  1. إعداد عينة من GHB و / أو GBL في الماء بتركيز أقل من 1 جزء في المليون.
  2. نقل 1 ميكرولتر من هذه العينة إلى قارورة مساحة رأس 20 مل باستخدام إحدى الطرق الموضحة في 1.2.1.
    1. لاحظ أن تحليل عينات المائية يتطلب وحدات تخزين العينة أدنى. على سبيل المثال، سوف يتبخر μL واحد من الماء تماما في قارورة مساحة الرأس 20 مل في 60 درجة مئوية.
    2. قم بسقف القارورة على الفور.
  3. ضع ~ 1 مل من BSTFA + 1٪ تريميثيلكلوروسيلين (TMCS) في قارورة وغطاء منفصلين لمساحة الرأس سعة 20 مل.
    ملاحظة: GBL لا derivatize. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى خطوة اشتقاق لضمان اشتقاق مذيب المياه وعدم تداخله مع العينة.
    تنبيه: BSTFA سامة وينبغي التعامل معها في غطاء الدخان.

3. GC-MS المعلمات والإعداد لGHB و GBL في الماء

  1. إنشاء أسلوب باستخدام المعلمات GC-MS التالية:
    درجة حرارة الفرن الأولية: 60 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة.
    برنامج الفرن: 15 درجة مئوية/دقيقة.
    درجة حرارة الفرن النهائي: 280 درجة مئوية، لمدة دقيقة واحدة.
    معدل التدفق: 2.5 مل/دقيقة (التدفق الأمثل للسرعة لعمود 0.25 مم في اليوم).
    درجة حرارة المدخل: 250 °C.
    درجة حرارة خط النقل: 280 °C.
  2. تأكد من أنه تم وضع بطانة مدخل SPME ضيقة (2 مم أو أقل) داخل مدخل GC.
  3. تأكد من أن ألياف PDMS/DVB SPME قد تم تكييفها بشكل صحيح وهي في حالة عمل جيدة قبل التحليل.
    ملاحظة: يجب أن تكون مشروطة PDMS/DVB ألياف SPME في مدخل GC عند 250 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. PDMS/DVB ألياف SPME يجب أن يكون لون أبيض.
  4. تشغيل GC-MS على النموذج.

النتائج

تم إجراء دراسة حجم GBL لإثبات حساسية TV-SPME مقارنة بمساحة الرأس وSPME الغمر. تم إعداد عينة 100 جزء في المليونمن GBL في الماء ووضعها في قارورة مساحة رأس 20 مل بأحجام 1 و3 و10 و30 و100 و300 و1000 و3000 و1000 و10000 ميكرولتر. نسبة المرحلة من العينات المسموح بها للتلفزيون SPME (1-3 ميكرولتر)، مساحة الرأس SPME (10 - 3000 ميكر?...

Discussion

TV-SPME له بعض الفوائد على GC الحقن السائل في أن أحجام عينة كبيرة (على سبيل المثال، 100 ميكرولتر) يمكن استخدامها دون تعديلات الصك. TV-SPME أيضا بعض من نفس الفوائد كما SPME مساحة الرأس. لا تتطلب مساحة الرأس SPME أي استخراج أو ترشيح لأن أي مركبات غير قابلة للفولات ستبقى في قارورة مساحة الرأس ولن يتم امتزازه...

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgements

وقد دعم هذا البحث المعهد الوطني للعدالة (الجائزة رقم 2015-DN-BX-K058 و2018-75-CX-0035). إن الآراء والنتائج والاستنتاجات المعرب عنها هنا هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء منظمات التمويل.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
10 µL SyringeGerstel100111-014-00
BSTFA + 1% TMCS (10 x 1 GM)Regis Technologies Inc.50442882
eVol XR Sample Dispensing System KitThermoFisher Scientific66002-024
figure-materials-323-Butyrolactone (GBL)Sigma-AldrichB103608-26G
figure-materials-480-Hydroxy Butyric Acid (GHB)Cayman Chemicals9002506
Headspace Screw-Thread Vials, 18 mmRestek23083
Magnetic Screw-Thread Caps, 18 mmRestek23091
Optima water for HPLCFisher ChemicalW71
SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane (PDMS)Supelco57341-U
SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene (PDMS/DVB)Supelco57293-U
Topaz 2.0 mm ID Straight Inlet LinerRestek23313

References

  1. Pawliszyn, J. B. Method and Device for Solid Phase Microextraction and Desorption. United States patent. , (2005).
  2. Pawliszyn, J. . Solid phase microextraction: theory and practice. , (1997).
  3. 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).
  4. Sinnott, R. . Chemical Engineering Design: Chemical Engineering. 6, (2005).
  5. Davis, K. . Detection of Illicit Drugs in Various Matrices Via Total Vaporization Solid-Phase Microextraction (TV-SPME). , (2019).
  6. Ash, J., Hickey, L., Goodpaster, J. Formation and identification of novel derivatives of primary amine and zwitterionic drugs. Forensic Chemistry. 10, 37-47 (2018).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

171 GC MS SPME GHB GBL

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