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

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.

לדוגמהניתוח (ים)סיבי SPME מומלציםאסמכתא
שיער אדםניקוטין, קוטיניןפולידימתילסילוקסן/דיווינילבנזן (PDMS/DVB), פוליאקרילאט (הרשות הפלסטינית)3
אבקה ללא עשןניטרוגליצרין, דיפנילאמיןפולידימתילסילוקסן (PDMS), פוליאתילן גליקול (PEG)7, 8
דלק מירוץמתנול, ניטרומאתןיתד9
מיםפחמימנים ארומטיים פוליציקלייםPDMS10
משקאותחומצה ɣ-הידרוקסיבוטירית, ɣ-בוטיולקטוןPDMSעבודה זו
אבקה מוצקהמתאמפטמין, אמפטמיןPDMS/DVBלא 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).
figure-introduction-2310 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 figure-introduction-2554 ), M הוא המסה הטוחנת של הממס (g / mol), T הוא טמפרטורה (K), figure-introduction-2682 והוא הצפיפות של הממס (g / mL). 3

כדי להשתמש בלחץ האדים הנכון, משוואת אנטואן (משוואה 2) משמשת להשפעת הטמפרטורה:4
figure-introduction-2941 משוואה 2

כאשר T הוא טמפרטורה ו- A, B, ו- C הם קבועי אנטואן עבור הממס. ניתן להחליף את משוואה 2 במשוואה 1, המניבה:
figure-introduction-3153 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.

figure-introduction-3873
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

1. הכנת מדגם טלוויזיה-SPME כללי וניתוח GC-MS

הערה: אם הדגימה כבר מומסת במטריצה, דלג לשלב 1.2.

  1. לחלץ או להמיס את המדגם מוצק מספיק ממס (מים, מתנול, אצטון, וכו ') כדי להגיע לריכוז הרצוי. דגימות נוזליות ניתן להשתמש "כפי שהוא".
    הערה: כמות הדגימה המוצקה בה נעשה שימוש תלויה בריכוז הרצוי של המדגם. ריכוזים מתחת ל- 1 עמודים לדקה (w/v) מומלץ להימנע מעומס יתר על עמודת GC. ניתוח צריך להיות מסיס בממס אורגני שנבחר.
    1. ודא שהדגימה התפוגגה לחלוטין.
  2. חשב את אמצעי האחסון הדרוש לאידוי מלא של הדגימה באמצעות Equation 3 בטמפרטורה שנבחרה. לדוגמה, אם הניסוי הוא להתבצע ב 60 °C (60 °F), לחשב את הנפח הדרוש כדי לאדות לחלוטין את הממס ב 60 °C (60 °F).
    1. העבר אמצעי אחסון מדגם זה לתוך בקבוקון headspace ולאבטח את המכסה. שיטות מקובלות להעברת דגימות נוזליות בסולם המיקרוליטר כוללות באופן ידני באמצעות מזרק זכוכית, מזרק זכוכית אלקטרוני, או רובוט autosampler המסוגל העברות נוזליות להכנת מדגם.
  3. אם נגזרת המדגם, להכין את סוכן הנגזרת הנכון על ידי הצבת ~ 1 מ"ל של הסוכן לתוך בקבוקון headspace.
    1. בחר את סוכן הנגזרות בהתבסס על סוג הנגזרת הדרוש: אלקילציה, אצ'ילציה או סיליון. במקרה זה, סוכן הנגזרות המומלץ עבור חומצה קרבוקסילית וקבוצות פונקציונליות אלכוהול שנמצאו על GHB הוא O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide (BSTFA). ניתן להשתמש בסוכן הנגזרות "כפי שהוא" ואינו דורש דילול. ML אחד של סוכן נגזרת מספיק כדי להבטיח רוויה מלאה של סיבי SPME.
      התראה: סוכני ההטיה רעילים ויש לטפל בהם במכסה המנוע.
  4. הגדר את טמפרטורת הדגירה/מיצוי המתאימה בהתבסס על החישוב בשלב 1.2. טמפרטורה זו מבטיחה אידוי מוחלט, מיצוי מדגם מספיק ונגזרת מלאה (במידת הצורך).
    1. בחר פרמטרים GC-MS (תוכנית טמפרטורת התנור, קצב זרימה, טמפרטורת כניסת, וכו ') בהתבסס על המחלקה של תרכובות של עניין. ראה שלב 3 לקבלת ערכת פרמטרים לדוגמה.
    2. ודא כי אניה כניסת נכונה (למשל, 2 מ"מ קוטר פנימי או פחות) הוא במפרצון GC.
  5. ודא שסיבי SPME הותנו כראוי ושהם במצב עבודה תקין לפני תחילת הניתוח.
    1. שנה את פרמטרי המיזוג בהתבסס על סוג הסיבים של SPME הנמצאים בשימוש. נא עיין בהוראות סיבי SPME לקבלת טמפרטורת מיזוג וזמן נאותים. באופן כללי, ניתוח מספר סיבי SPME ריקים עד שהם לשחזור מספיק כדי לאפיין סיב SPME כמו מותנה במלואו.

2. גאמא-הידרוקסיבוטיראט (GHB) וגאמא-בוטירולקטון (GBL) הכנת מדגם

  1. הכינו דגימה של GHB ו/או GBL במים עם ריכוז של פחות מ-1 עמודים לדקה.
  2. העבר μL אחד של מדגם זה בקבוקון headspace 20 מ"ל באמצעות אחת השיטות המתוארות 1.2.1.
    1. שים לב שניתוח דגימות מימיות דורש את אמצעי האחסון לדוגמה הנמוכים ביותר. לדוגמה, μL אחד של מים יהיה להתאדות לחלוטין לתוך בקבוקון 20 מ"ל headspace ב 60 °C (60 °F).
    2. תכסה את הבקבוקון מיד.
  3. מקום ~ 1 מ"ל של BSTFA + 1% trimethylchlorosilane (TMCS) לתוך בקבוקון נפרד 20 מ"ל headspace וכובע.
    הערה: GBL אינו נגזר. עם זאת, עדיין נדרש שלב נגזרת כדי להבטיח שממס המים יזרוע ולא יפריע לדגימה.
    התראה: BSTFA הוא רעיל ויש לטפל בו במכסה המנוע אדים.

3. GC-MS פרמטרים והתקנה עבור GHB ו- GBL במים

  1. צור פעולת שירות באמצעות הפרמטרים הבאים של GC-MS:
    טמפרטורת תנור ראשונית: 60 מעלות צלזיוס מוחזקות במשך דקה אחת.
    תוכנית תנור: 15 מעלות צלזיוס לדקה.
    טמפרטורת תנור סופית: 280 מעלות צלזיוס, מוחזק למשך דקה אחת.
    קצב זרימה: 2.5 מ"ל לדקה (זרימה ממוטבת במהירות של 0.25 מ"מ).
    טמפרטורת כניסת: 250 °C (69 °F).
    טמפרטורת קו העברה: 280 °C (69 °F).
  2. ודא שאוניית כניסת SPME צרה (2 מ"מ או פחות) הוצבה בתוך כניסת GC.
  3. ודא שסיבי PDMS/DVB SPME הותנו כראוי ושהם במצב תקין לפני הניתוח.
    הערה: יש להתנות סיבי PDMS/DVB SPME במפרצון GC ב-250°C למשך 30 דקות. סיבי PDMS/DVB SPME צריכים להיות בצבע לבן.
  4. הפעל את GC-MS על הדוגמה.

תוצאות

מחקר נפח GBL בוצע כדי להדגים את הרגישות של טלוויזיה-SPME בהשוואה למרחב הראש וטבילה SPME. מדגם 100ppmv של GBL במים הוכן והוכנס 20 בקבוקונים headspace מ"ל עם כמויות של 1, 3, 10, 30, 100, 300, 1000, 3000, ו 10,000 μL. יחס הפאזה של הדגימות המותרות עבור TV-SPME (1-3 μL), Headspace SPME (10 - 3,000 μL) ו- Immersion SPME (10,000 μL). כל הדגימות נותחו המשולש ואז...

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

למחברים אין מה לחשוף.

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

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

171GC MSSPMEGHBGBL

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