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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מיצוי סחרחורת הוא טכניקה מעבדה חדשה לניתוח תרכובות נדיפות וחצי למחצה. גז המוביל הוא מומס במדגם נוזלי על ידי הפעלת overpressure ו ערבוב המדגם. תא המדגם ואז decompressed. מינים האנליטי משוחררים לשלב הגז עקב התפשטות.

Abstract

ניתוח כימי של תרכובות נדיפים ו semivolatile מומס בדגימות נוזלי יכול להיות מאתגר. את המרכיבים מומס צריך להביא לשלב הגז, ויעברו ביעילות למערכת איתור. הפקת סחרחורת מנצלת את תופעת התסיסה. ראשית, המוביל גז (כאן, דו תחמוצת הפחמן) הוא מומס במדגם על ידי הפעלת overpressure ו ערבוב המדגם. שנית, חדר המדגם הוא decompressed בבת אחת. לחץ לחץ מוביל להיווצרות של בועות גז רבים הנוזל המדגם נוזלי. בועות אלה מסייעות לשחרור המינים האנליטיים המומסים מן הנוזל אל השלב. האנליסטים שוחררו מועברים מיד את הלחץ אטמוספרי כימיים ממשק יינון של ספקטרומטר מסה משולש quadrupole. מינים אנליטי ionizable לעורר אותות ספקטרומטריים המוניים בתחום הזמן. בגלל שחרור מינים אנליטית מתרחשת על פני תקופות קצרות של זמן (כמה שניותOnds), האותות הזמניים יש אמפליטודות גבוהות יחס אות לרעש גבוהה. אמפליטודות ואזורים של פסגות הזמני יכול להיות מתואם עם ריכוזי האנליסטים בדגימות נוזלי נתון לחילוץ תוסס, המאפשר ניתוח כמותי. היתרונות של מיצוי סחרחורת כוללים: פשטות, מהירות ושימוש מוגבל בכימיקלים (ממיסים).

Introduction

תופעות שונות שנצפו בטבע ובחיי היומיום קשורות שיווי משקל בשלב נוזלי גז. פחמן דו חמצני הוא מומס משקאות רך ואלכוהול תחת לחץ מוגבר. כאשר בקבוק של משקה תוסס כזה נפתח, הלחץ יורד למטה, בועות גז למהר אל פני השטח נוזלי. במקרה זה, הזרימה משפרת תכונות organoleptic של משקאות. השחרור של בועות גז הוא גם הגורם העיקרי של מחלת הדקומפרסיה ( "The Bends") 1. בשל לחץ לחץ פתאומי, בועות בצורת גופים צוללנים. אנשים הסובלים ממחלת לחץ לחץ דם מטופלים בתאי היפרברית.

בועות גז יש יישומים שונים בכימיה אנליטית. יש לציין, שיטות sparging להסתמך על עובר בועות גז דרך דגימות נוזלים לחלץ תרכובות נדיפים 2 . לדוגמה, שיטה הנקראת "לולאה סגורה טיהור" משולב עם כרומטוגרפיה גז כדי לאפשר ניתוח מהיר של diתנודות נדיפות 3 . בעוד sparging יכול ברציפות לחלץ נדיפים לאורך זמן, זה לא להגביל אותם בחלל או בזמן. השלב גז השלב המיועד צריך להיות לכוד, ו - במקרים מסוימים - מרוכזים על ידי יישום תוכנית טמפרטורה או באמצעות סורבנטים. לכן, יש צורך להציג אסטרטגיות חדשות לטיפול מדגם חדש, אשר יכול להפחית את מספר הצעדים, ו - באותו זמן לרכז אנליטיות נדיפים בחלל או בזמן.

כדי להתמודד עם האתגר של חילוץ תרכובות נדיפים מדגימות נוזלי, וביצוע ניתוח on-line, הצגנו לאחרונה "מיצוי סחרחורת" 4 . טכניקה חדשה זו מנצלת את תופעת התסיסה. בקצרה, גז המוביל (כאן, פחמן דו חמצני) הוא מומס הראשון במדגם על ידי הפעלת לחץ יתר וערבוב המדגם. לאחר מכן, החדר מדגם הוא decompressed בבת אחת. הלחץ הפתאומי מוביל להיווצרות בועות גז רבות ב נוזלי המדגם. בועות אלה מסייעות לשחרור מינים אנליטיים מומסים מן הנוזל לשלב הגז. האנליסטים המשוחררים מועברים מיד לספקטרומטר המסה, המייצרים אותות בתחום הזמן. בגלל שחרורו של מינים אנליטיים מוגבל לתקופה קצרה של זמן (כמה שניות), האותות הזמניים יש אמפליטודות גבוהה יחסי אות לרעש גבוהה.

הלחצים הכרוכים בתהליך החילוץ התוסס נמוכים מאוד (~ 150 kPa) 4 ; הרבה יותר נמוך מאשר מיצוי נוזל supercritical 5 ( למשל , 10 מגה פיקסל). הטכניקה אינה דורשת את השימוש של פריטים מתכלים מיוחדים (עמודות, מחסניות). רק כמות קטנה של ממיסים משמשים לדילול ולניקוי. מכשיר החילוץ ניתן להרכיב על ידי כימאים עם כישורים טכניים בינוניים באמצעות חלקים זמינים 4 ; לדוגמה, קוד פתוח מודולים אלקטרוניים"6 , 7. ניתן להפיק את הפיצוץ הפיזי על הקו עם ספקטרומטרים המוניים המודרניים המצוידים בממשק יינון כימי בלחץ אטמוספרי (APCI), מכיוון שתמציות שלב גז מועברות למקור יון, פעולת החילוץ התזוזה אינה מזיקה באופן משמעותי לפגיע חלקים של ספקטרומטר מסה.

מטרת מאמר זה ניסוי דמיינו היא להנחות את הצופים על איך ליישם תוצר מסוחרר במשימה אנליטית פשוטה. בעוד הליבה של מערכת החילוץ תוסס הוא כמתואר בדו"ח הקודם שלנו 4 , שיפורים אחדים הוכנסו כדי להפוך את הפעולה פשוטה יותר. מיקרו-בקר מצויד במסך מסך LCD שולב במערכת כדי להציג את פרמטרים החילוץ המפתח בזמן אמת. כל הפונקציות מתוכנתות בסקריפטים של המיקרו-בקר, ואין עוד צורך להשתמש במחשב חיצוני כדי cOntrol מערכת החילוץ.

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

Protocol

פרוטוקול זה מניח כי כל השלבים מבוצעים בהתאם לתקנות הבטיחות המעבדה הרלוונטיות. חלק מהשלבים משתמשים במכשירים מסחריים - במקרים אלה, יש לפעול לפי הנחיות היצרן. כאשר הטיפול בכימיקלים רעילים, הנחיות MSDS צריך להיות אחריו. יש להפעיל את הציוד המותאם אישית 4 בזהירות. במיוחד, בעת טיפול בגזים דחוסים וחיווט חשמלי חי.

1. הכנת הפתרון הסטנדרטי

  1. הכן 6.2 x 10 -2 M פתרון המניות של לימונן באתנול על ידי ערבוב 10 לימוזינה μL עם אתנול 990 μL.
  2. הכן 10 מ"ל של 6.2 x 10 -5 M פתרון לימון על ידי ערבוב 10 μL 6.2 x 10 -2 לימונן, אתנול 490 μL, והוספת מים טהורים לנפח הסופי של 10 מ"ל. לנער את הבקבוק volumetric ביסודיות.
  3. מעבירים את הפתרון הסטנדרטי מוכן ל 20 מ"ל בורג הדף בקבוקון headspace זכוכית עם septuמ 'מכסה. הפתרון הסטנדרטי מדולל ניתן להשתמש לבדיקת המערכת.

2. הכנת מדגם אמיתי

  1. להשיג מיץ לימון על ידי סחיטה פירות סיד טרי (לחתוך במחצית) על סחיטה במטבח.
  2. הכן 10 מ"ל של מיץ ליים מדולל על ידי ערבוב 2 מ"ל מיץ ליים, 500 אתנול μL, והוספת מים טהורים לנפח הסופי של 10 מ"ל. לנער את הבקבוק volumetric ביסודיות.
  3. מעבירים את המדגם מוכן ל 20 מ"ל בורג העליון בקבוקון headspace זכוכית עם מכסה מחצה.

3. spiking המדגם האמיתי עם פתרון סטנדרטי

  1. תוספת תקן ראשון: הכן 10 מ"ל של מדגם ממוסמר על ידי ערבוב 2 מ"ל מיץ ליים, 10 μL 6.2 x 10 -2 פתרון לימונן M, 490 μL אתנול, והוספת מים טהורים לנפח הסופי של 10 מ"ל. לנער את הבקבוק volumetric ביסודיות.
  2. תוספת סטנדרטית שנייה: הכן 10 מ"ל של מדגם ממוסמר על ידי ערבוב 2 מ"ל מיץ ליים, 20 μL 6.2 x 10 -2 M לימונןפתרון e, 480 אתנול μL, והוספת מים טהורים נפח סופי של 10 מ"ל. לנער את הבקבוק volumetric ביסודיות.

4. הגדרת מערכת הפיצוץ פיזי

  1. שים את מערכת מיצוי סחרחורת ( איור 1 ) 4 ליד מקור APCI של ספקטרומטר מסה משולש quadrupole.
  2. חבר את דו תחמוצת הפחמן גז על כניסת הגז של מערכת החילוץ סחרחורת. פתח את השסתום של הגז הרגולטור. הגדר את לחץ היציאה ל -1.5 בר (150 kPa).
  3. חבר את יציאת קאמרית החילוץ אל מקור הכניסה יון.
  4. חבר את מערכת החילוץ סחרחורת אספקת החשמל 12-V.
  5. הגדרת הנתונים רכישת תוכנה של ספקטרומטר מסה משולש quadrupole ( איור 2 ). הפעילו את המכשיר עם מקור APCI, במצב הניטור החיובי של תגובה מרובת יונים (MRM), כאשר הארגון מתנגשגַז.
    1. הפעל את תוכנת רכישת הנתונים.
    2. בחר באפשרות "LCMS8030 בלבד".
    3. בחר באפשרות "MS On / Off".
    4. הגדר את הטמפרטורה קו desolvation כדי 250 מעלות צלזיוס, ואת קצב הזרימה של גז ייבוש ל 15 L min -1 . המתן עד שהערך של כל פרמטר מכשיר יהיה זהה לערך שנקבע מראש.
    5. בחר את קובץ שיטת רכישת נתוני MS.
    6. ודא מתח ההתנגשות הוא -20 V, יון מבשר מ / z הוא 137, ואת יון קטע m / z הם 81 ו 95
    7. לחץ על "התחל הפעלה אחת" כפתור.
    8. הקלד את שם הקובץ.
    9. בחר את נתיב הקובץ.
    10. עבור לסעיף 5 ("ביצוע מיצוי סחרחורת").
    11. בחר באפשרות "MS On / Off".
    12. סגור את חלון התוכנה.
    13. טיק את הפריטים "Nebulizing גז כבוי", "דוד מחמם כבוי", "חום בלוק כבוי", ו "גז יבש כבוי". לחץ על "אישור &# 34 ;.

5. ביצוע פיצה הפקת

  1. מניחים בקבוקון מדגם במערכת החילוץ תוסס באמצעות בורג הר. מערכת החילוץ מופעלת בטמפרטורת החדר (~ 25 ° C).
  2. לחץ על כפתור "התחל" על מגן ה- LCD של מערכת החילוץ המסוחררת.
  3. המתן בזמן תהליך מיצוי סחרחורת אוטומטי מבוצע ( איור 3 ). לבחון התפתחות של אותות יונים על המסך של ספקטרומטר מסה משולש quadrupole.
    הערה: השלבים הבאים מבוצעים באופן אוטומטי: הדגימה הראשית מסומנת בפחמן דו חמצני במהלך 60 שניות. הדוגמה היא בלחץ עם פחמן דו חמצני במהלך 60 s. מנוע Stirrer מופעל. המדגם הוא depressurized. בועות מרובות נוצרות. בשלב מאוחר יותר, מנוע stirrer הוא על מנת לשפר את מבעבע.
  4. מוציאים (לשחרר) את הבקבוקון מדגם.
  5. נגב את ציר המדגם מערבל עם רקמת תאית.
  6. שטפו את הספירה המערבבתלהידבק עם אתנול, ולנגב אותו עם רקמות תאית שוב.
  7. המערכת מוכנה לניתוח מדגם אחר (חזור על צעדים 5.1-5.6).
  8. כבה את ספק הכוח.
  9. נתק את יציאת מוצא החילוץ מסוחר מן המקור יון.
  10. סגור את השסתום של גליל הגז, ונתק את צינורות הגז.

6. ניתוח נתונים

  1. ייצוא חילוץ יונים זרמים עבור מ '/ z 81 מ משולש quadrupole מסה של ספקטרומטר נתונים הרכישה תוכנה לקבצי ASCII ( איור 4 ).
    הערה: זרם יון ב m / z 95 אינו משמש בהפגנה זו.
    1. הפעל את תוכנת רכישת הנתונים. בחר באפשרות "Postrun".
    2. בחר באפשרות "בחר פרויקט (תיקייה)" ובחר את קובץ הנתונים.
    3. לחץ על "קובץ" בתפריט, ובחר "ייצוא נתונים" / "ייצוא נתונים ASCII".
    4. בחר ", קובץ פלט ", ובחר את נתיב הקובץ.בחר" MS Chromatogram (MC) ".
  2. ייבוא ​​נתוני הנתונים הגולמיים לתוכנות אינטגרציה שיא, ולמדוד אזורי שיא ( איור 5 ). הגדרות: בסיס לינארי; HVL.
    1. הפעל את תוכנת אינטגרציית השיא.
    2. בחר באפשרות "ייבוא" מתפריט "קובץ". לחץ על הלחצן "כן".
    3. בחר את הנתונים בעמודה X ו- Y. לחץ על "אישור" כפתור. בחר באפשרות "AutoFit Peaks I Residuals".
    4. להתאים את שיא החילוץ למחצה באופן אוטומטי. ודא עקומת מצויד עוקב אחר נקודות נתונים ניסיוני. בחר באפשרות "רשימת אומדני שיא". בחר באפשרות "עורך ASCII".
    5. העתק את התוצאות המתאימות ל "לוח".
  3. קלט את אזורי שיא נמדד לגיליון אלקטרוני בתוכנת ניתוח נתונים ( איור 6 ).
    1. הפעל את תוכנת ניתוח הנתונים.
    2. הזן את ערכי הריכוז בעמודה X וערכים באזור השיא בעמודה Y. בחר באפשרות "Symbol" / "Scatter" מהתפריט "Plot". בחר באפשרות "Fitting" / "Fit Linear" מתפריט "Analysis".
  4. חישוב ריכוז הלימון במדגם האמיתי המדולל על בסיס הנוסחה:
    figure-protocol-8622
    שבו אני ליירט את הפונקציה ליניארית, בעוד S הוא המדרון.
  5. חישוב הריכוז של הלימון במדגם האמיתי המקורי (לפני דילול) על בסיס הנוסחה:
    figure-protocol-8895
    כאשר DF הוא גורם הדילול (כאן, 5).

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

תוצאות

בתחילה, מערכת החילוץ תוסס נבדק עם פתרון סטנדרטי. לאחר מכן, המדגם האמיתי המדגם האמיתי spiked עם תקן מנותחים. שטחי הפסגות הטמפורליות של אירועי החילוץ מתואמים עם ריכוזים של האנליטים בדגימות הנוזליות הנתונות למיצוי תוסס, המאפשר ניתוח כמותי. כאן, ביצענו תקן...

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

Discussion

כמה דרכים חכמות לספק דגימות ספקטרומטר מסה פותחו במחקרים שנערכו במהלך שלושת העשורים האחרונים ( למשל , הפניות 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). אחת...

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

Disclosures

למחברים אין מה לגלות.

Acknowledgements

ברצוננו להודות למשרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן (מספר מענק: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) על התמיכה הכספית של עבודה זו.

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