气相色谱-质量光谱学与总蒸发固体相微切成一对，作为取证工具

摘要

全蒸发固体相微减 （TV-SPME） 完全蒸发液体样本，同时分析物被吸收到 SPME 纤维上。这允许将分析剂仅在溶剂蒸汽和 SPME 纤维涂层之间进行分区。

摘要

气体色谱学 - 质谱仪 （GC-MS） 是一种常用的技术，用于分析许多法医感兴趣的分析，包括受控物质、可燃液体和爆炸物。GC-MS 可与固体相微减值 （SPME） 相结合，其中将具有防渗涂层的纤维放入样品上方的头部空间或浸入液体样品中。分析被栖虫到纤维上，然后放置在加热的GC入口内进行脱硫。全蒸发固体相微缩 （TV-SPME） 采用与浸入 SPME 相同的技术，但将纤维浸入完全蒸发的样品提取物中。这种完全蒸发只导致蒸汽相和SPME纤维之间的隔断，不受液体相或任何不溶性材料的干扰。根据所用溶剂的沸点，TV-SPME 允许大量样品（例如，高达数百微升）。也可以使用电视 SPME 进行纤维脱毛。TV-SPME已用于分析头发、尿液和唾液中的药物及其代谢物。这种简单的技术还应用于街头毒品、脂质、燃料样品、爆炸后爆炸残留物和水中的污染物。本文强调使用TV-SPME来识别酒精饮料中极小样本（微平量）中的非法通奸者。伽马-羟基丁酸氢酸盐 （GHB） 和伽马-丁基罗酮 （GBL） 的鉴定水平将在尖峰饮料中发现。三甲基化物的脱毛允许将水基质和GHB转换为其TMS衍生物。总体而言，TV-SPME 速度快，简单，除了将样品放入头部空间小瓶外，无需准备样品。

引言

固体相微缩（SPME）是一种采样技术，将液体或固体样品放入头部空间小瓶中，然后将涂有聚合物材料的SPME纤维引入样品头空间（或浸入液体样品中）。分析被吸收到纤维上，然后将纤维放置在GC入口内，用于脱硫^1，2。全蒸发固体相微缩（TV-SPME）是一种与沉浸式SPME类似的技术，但在分析物被吸附到纤维上之前，完全蒸发液体样本。这允许将分析剂只分隔溶剂蒸汽和纤维涂层，使更多的分析物被吸附在纤维上，从而产生良好的灵敏度^3。有各种SPME纤维可用，纤维应根据兴趣分析，溶剂/矩阵和去皮化剂选择。请参阅表 1了解已建立的电视 SPME 分析。

样本	分析	推荐的SPME纤维	参考
人的头发	尼古丁，可可宁	聚二甲基硅氧烷/二苯苯（PDMS/DVB）、聚丙烯酸酯（PA）	3
无烟粉末	硝基甘油，二苯胺	聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚乙二醇（PEG）	7, 8
赛车燃料	甲醇，硝基甲烷	楔子	9
水	多环芳烃	PDMS	10
饮料	ɣ羟基丁酸，ɣ丁基丁二醇酮	PDMS	此工作
固体粉末	甲基安非他明，安非他明	PDMS/DVB	发表

表1。推荐具有已建立的电视 SPME 分析的 SPME 光纤。

为了执行 TV-SPME，分析液溶解在溶剂中，并将这种混合物的注解物放入头部空间小瓶中。样品不需要过滤，因为只有溶剂和挥发性分析剂才会蒸发。必须使用特定数量的液体样品，以确保样品完全蒸发。这些体积是使用理想气体定律计算溶剂的摩尔数量乘以液体的摩尔体积（等式 1）确定的。
方程1

其中V_o 是样品的体积（mL），P是溶剂（棒）的蒸汽压力，V_v 是小瓶（L）的体积，R是理想的气体常数（0.083145），M 是溶剂的摩尔质量（g/mol），T是温度（K）， 是溶剂（g/mL）的密度。³

为了使用正确的蒸汽压力，安托万方程（方程2）用于解释温度的影响^:4
方程2

其中T是温度，A、B和C是溶剂的安托万常数。方程2可替换为方程1，产生:
方程3

方程 3 给出的样本 （V_o）的体积可以完全蒸发为温度和溶剂的函数。

为了与 TV-SPME 进行脱毛，SPME 纤维首先暴露在含有脱毛剂的瓶中，具体时间取决于分析。然后，SPME 纤维暴露在含有兴趣分析的新小瓶中。这个小瓶在加热搅拌器内部加热。然后，分析剂用脱毛剂吸收到纤维上。分析和/或矩阵的脱毛发生在纤维上，然后插入GC入口进行脱硫。 图1 显示了电视-SPME过程的描述与脱毛。

图1:用脱毛描述电视-SPME过程。SPME 纤维首先进入脱毛小瓶，其中脱毛剂（黄圈）在纤维上吸收。然后将纤维引入样品（蓝色圆圈）并加热。衍生物（绿色圆圈）的形成发生在纤维上，在提取时间。 请单击此处查看此图的较大版本。

TV-SPME 是有益的，因为它允许分析在提取过程中脱毛，从而缩短分析时间。其他方法，如液体注射，要求分析剂在注射到GC之前，在溶液中与脱毛剂反应。电视 SPME 也几乎不需要样品准备。包含分析的矩阵可直接放入头部空间小瓶中并进行分析。许多感兴趣的化合物与电视-SPME兼容。化合物必须溶于溶剂中，并且具有足够的挥发性，以便蒸发。此外，化合物必须是热稳定性，由GC-MS分析。TV-SPME已用于分析药物和药物代谢物，赛车燃料，多环芳烃和爆炸材料^{3，5，6，7，8，9，10。}

研究方案

1. 一般电视-SPME样品制备和GC-MS分析

注意:如果样本已溶解在矩阵中，请跳到步骤 1.2。

1. 提取或溶解固体样品在足够的溶剂（水，甲醇，乙酮等），以达到所需的浓度。液体样品可以"按旧"使用。
   注:所用固体样品的数量取决于样品的预期浓度。建议浓度低于 1 ppm （w/v） 以避免 GC 列过载。分析应溶于选定的有机溶剂。
   1. 确保样品已完全溶解。
2. 在所选温度下使用方程 3 计算样品完全蒸发所需的体积。例如，如果实验要在 60 °C 下进行，则计算在 60 °C 时完全蒸发溶剂所需的体积。
   1. 将此样品体积转移到头部空间小瓶中，并固定盖。在微升尺度上传输液体样品的可接受方法包括通过玻璃注射器、电子玻璃注射器或能够进行液体转移以备样品准备的自动采样机器人手动传输。
3. 如果去脱样品，通过将剂的 ~1 mL 放入头部空间小瓶中来准备适当的脱毛剂。
   1. 根据所需的脱毛类型选择脱毛剂:碱化、乙基化或锡化。在这种情况下，在 GHB 上发现的碳水化合物酸和酒精功能组推荐的脱脂剂是 O-bis（三乙基二醇） 三氟乙酰胺 （BSTFA）。脱毛剂可以"原样"使用，不需要稀释。一毫升脱毛剂足以确保SPME纤维完全饱和。
      注意:脱毛剂是有毒的，应在烟罩中处理。
4. 根据步骤 1.2 中的计算设置适当的孵化/提取温度。此温度可确保完全蒸发、充分提取样品和完全脱毛（如有必要）。
   1. 根据感兴趣的化合物类别选择 GC-MS 参数（烤箱温度程序、流速、入口温度等）。请参阅第 3 步，了解示例参数集。
   2. 确保适当的入口衬里（例如，2毫米内径或更少）位于 GC 入口中。
5. 在开始分析之前，确保 SPME 纤维已得到适当的调节，并且处于良好的工作状态。
   1. 根据所使用的 SPME 光纤类型更改调理参数。请参阅 SPME 纤维说明，了解适当的调理温度和时间。一般来说，分析几个 SPME 纤维空白，直到它们可重复，足以将 SPME 光纤描述为完全条件化。

2. 伽马-羟基丁酸盐（GHB）和伽马-丁基罗酮（GBL）样品制备

1. 在浓度小于 1 ppm 的水中准备 GHB 和/或 GBL 样本。
2. 使用 1.2.1 中描述的方法之一，将此样本的 1μL 传输到 20 mL 的头部空间小瓶。
   1. 请注意，对水样进行分析需要最低的样本量。例如，一个μL的水将在60°C时完全蒸发成20mL的头部空间小瓶。
   2. 立即盖上小瓶。
3. 将 ±1 mL 的 BSTFA + 1% 三甲基氯西兰 （TMCS） 放入单独的 20 mL 头空间小瓶和盖中。
   注:GBL不脱毛。然而，仍需要一个脱毛步骤，以确保水溶剂脱毛，不干扰样品。
   注意:BSTFA 是有毒的，应在烟罩中处理。

3. GC-MS 参数以及 GHB 和 GBL 在水中的设置

1. 使用以下 GC-MS 参数创建方法:
   初始烤箱温度:60°C 保持 1 分钟。
   烤箱程序:15°C/分钟。
   最终烤箱温度:280°C，保持1分钟。
   流速:2.5 mL/分钟（速度优化流为 0.25 mm i.d. 列）。
   入口温度: 250 °C.
   传输线温度:280°C。
2. 确保在GC入口内放置一个狭窄（2毫米或更少）SPME入口衬里。
3. 确保 PDMS/DVB SPME 纤维在分析前处于良好状态并处于良好工作状态。
   注:PDMS/DVB SPME 纤维应在 GC 入口中以 250 °C 为条件，30 分钟。PDMS/DVB SPME 纤维应为白色。
4. 在样本上运行GC-MS。

结果

进行了 GBL 卷研究，以证明与头部空间和沉浸式 SPME 相比，TV-SPME 的灵敏度。在水中准备了 100ppm_v 的 GBL 样本，并放入 20 mL 的光头空间小瓶中，体积为 1、3、10、30、100、1000、3000 和 10，000 μL。允许电视 SPME （1-3 μL）、头部空间 SPME （10 = 3，000μL） 和浸入 SPME （10，000 μL） 允许的样品的相位比。所有样品均以三位一体进行分析，并根据样本量绘制平均峰值区域。总体而言，允许电视 SPME ?...

讨论

TV-SPME 比液体注射 GC 有一些好处，因为无需仪器修改即可使用大样本量（例如 100 μL）。电视 SPME 也有一些相同的好处作为头部空间 SPME 。头部空间 SPME 不需要任何提取或过滤，因为任何非旋转化合物将保留在头部空间小瓶中，并且不会被吸收到纤维上，从而产生干净的样品。这种方法还有助于消除矩阵效应，因为这是一个两相系统（头部空间和光纤），而不是三相系统（样品，头部空间和光纤?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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