후각 훈련 및 현장 테스트를 위한 제어 된 냄새 모방 투과 시스템

요약

제어 된 냄새 모방 투과 시스템은 후각 테스트 및 교육을위한 간단한 현장 휴대용, 저비용 악취 전달 방법입니다. 흡착 물질에 보관된 악취로 구성되며, 시간이 지남에 따라 악취 증기의 제어 방출을 허용하는 투과성 폴리머 백 내부에 포함되어 있습니다.

초록

제어 악취 모방 투과 시스템(COMPS)은 제어 및 재현 가능한 속도로 악취 전달의 편리한 현장 테스트 방법을 제공하기 위해 개발되었다. COMPS는 투과성 폴리머 백 내부에 밀봉된 흡수성 물질에 대한 관심의 냄새로 구성됩니다. 투과성 층은 주어진 시간 동안 악취의 일정한 방출을 허용합니다. 투과성 가방은 이차, 불투과성 가방에 더 저장됩니다. 이중 봉쇄 절차는 투과가능한 가방에서 냄새의 평형을 허용하지만 불투과성 외부 층 내에서 외부 포장에서 제거시 즉시 재현 가능한 냄새 증기공급원을 생성합니다. COMPS는 실험 시나리오에 대한 후각 테스트와 검출 개와 같은 후각 감지 교육에 모두 사용됩니다. COMPS는 광범위한 악취(예를 들어, 마약 분말)를 함유하고 관련 악취의 제어 방출을 제공하는 데 사용될 수 있다. COMPS의 냄새 가용성은 투과율(즉, 단위 시간당 COMPS에서 방출되는 악취 증기의 속도)의 관점에서 표현되며 일반적으로 중력 적 수단에 의해 측정됩니다. 주어진 질량 또는 악취의 부피에 대한 투과율은 가방 두께, 표면적 및/또는 폴리머 유형을 변화시킴으로써 필요에 따라 조정할 수 있다. COMPS에서 사용 가능한 악취 농도는 가스 크로마토그래피/질량 분광법(SPME-GC/MS)을 갖는 고체 위상 미세추출과 같은 헤드스페이스 분석 기술로측정될 수 있다.

서문

Olfaction는 대부분의 동물에 의해 사용되는 중요하지만 종종 간과, 감지 메커니즘입니다. 많은 사람들에게 그것은 음식을 찾기위한 주요 메커니즘입니다, 짝을 찾는, 또는 위험^{감지 1}. 더욱이, 후각 기능 일부 동물, 특히 개, 정기적으로 금수조치의 검출을 위해 인간에 의해 악용된다 (예를 들어, 마약 이나 폭발물), 또는 관심있는 다른 개체, 실종자 등, 침략종, 또는 질병^2,3. 개 검출 연구 또는 기타 올파션 연구 주제에 대 한, 조사자는 종종 olfaction의 과정과 후각 시스템의 강점과 한계를 연구. 따라서, 일반적으로 시험 중에 알려진 양의 악취를 재현적으로 전달하기 위해 환경내의 악취 증기의 방출을 제어하는 것이 바람직하다. 증기 압력 이나 환경 효과 등의 요인으로 인해 냄새 가용성의 변화를 고려하지 못하면 종종 데이터 해석 및 적용 가능성^4를복잡하게합니다. 검출 개에 대한 교육 시나리오 동안 숙성된 양의 냄새를 제공하는 것이 마찬가지로 바람직합니다. 예를 들어, 할로웰 외⁵ 및 Papet^6의 연구는 악취 지각에서 악취 강도의 중요성을 나타내며, 악취의 강도를 변경하면 단독으로 또는 혼합물로 인식되는 방식에 영향을 줄 수 있습니다.

실험실 설정에서 제어 가능한 오븐, 증기 발생기 또는 기질계를 가진 투과 튜브와 같은 분석 장비를 사용하여 악취 전달을 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 그러나 이러한 유형의 장비는 현장 테스트 및 교육 시나리오⁴에서 사용하기에는 비실용적입니다. 제어 악취 모방 투과 시스템(COMPS)은 외부 전력이 필요하지 않은 악취 전달을 제어하는 간단하고 저렴한 비용 및 일회용 방법으로 개발되었습니다. 따라서 다양한 테스트 및 교육 시나리오^7에쉽게 통합할 수 있습니다. COMPS 장치는 단순히 이차 봉쇄 시스템에 저장된 투과성 폴리머 백 내부에 밀봉 된 흡수성 물질에 대한 관심의 냄새로 구성된다. COMPS의 활용은 테스트 간의 가변성을 줄이고 훈련 연습⁸에서 일관성을 향상시킵니다.

COMPS의 악취 전달 또는 가용성은 시간이 지남에 따라 방출되는 증기의 질량 측면에서 중력 분석에 의해 결정된 투과율 측면에서 측정됩니다. 투과 속도는 폴리머 백의 두께, 사용 가능한 표면적, 사용되는 흡수성 재료(기판) 유형 및 오취제의 양을 포함한 여러 요인에 의해 제어될 수 있다. 투과율은 사용 중인 냄새에 따라 주어진 기간(시간 또는 일)에 대해 일정합니다. 이를 통해 테스트 또는 교육 중 악취 전달의 변동성이 최소화됩니다. 보관 하는 동안, COMPS 는 불투과성 외부 용기 내에서 평형에 와서, 알려진 된 투과 속도로 악취 증기의 인스턴트 소스의 결과.

COMPS는 처음에 폭발성 물질과 관련된 악취를 포함하고 악취 모방^7로사용되도록 설계되었습니다. Macias 등.에 의해 정의된 바와 같이, 악취 모방은 모물 물자 자체의 존재 없이 해당 물질의 헤드스페이스에서 발견되는 지배적인 휘발성 화합물 또는 악취를 제공함으로써 폭발물과 같은 관심 물질을 시뮬레이션한다^8. 악취 모방을 만들려면 부모 재료의 활성 악취를 결정해야 합니다. 이 시나리오에서 활성 악취는 훈련된 폭발 탐지 개가 감지하는 휘발성 화합물로 묘사되며 실제 폭발성 물질이 존재한다고 믿습니다. 여러 폭발성 물질의 헤드스페이스에서 지배적인 휘발성 화합물을 확인한 결과, COMPS는 개 후각 검출 현장 시험 기간 동안 이러한 개별 악취를 통제된 속도로 방출하고 여러 폭발성 물질과 관련된 활성 악취를 결정할 준비가 되어 있었다. COMPS는 이^목적을 위해 성공적으로 사용되었으며, 이후 추가 폭발 탐지 훈련을 위해 악취 모방으로 사용되었습니다.

Macias 외. 피페로날을 포함하는 COMPS를 활용, 증기 단계에서, MDMA에 대한 활성 악취것으로 나타났다 (3,4 메틸렌디옥시메담페타민), 엑스터시로 알려진 정신 활성 약물. 연구진은 파이프로날 증기의 투과율을 조정하기 위해 저밀도 폴리에틸렌 백의 다양한 두께와 표면 영역을 사용했습니다. 이러한 일련의 COMPS는 숙련된 마약 검출 개^8에대한 배관 검출 임계값을 추정하는 데 사용되었습니다. 반대로, 별도의 연구에서 COMPS 백 두께는 크게 변화하는 증기 압력을 소유했음에도 불구하고 동종 계열의 각 화합물 간의 투과율 편차를 최소화하기 위해 조정되었습니다. 단일 가방 두께이 연구에서 사용 된 경우, 높은 증기 압력을 가진 그 화합물훨씬 더 높은 투과 율을 산출 했을 것 이다. 높은 변동성 화합물에 대한 가방 두께를 증가시킴으로써, 투과율이 조정되어 모든 화합물^4에대해 유사하였다. 두 연구 모두 증기 방출을 제어하기 위해 COMPS의 유용성과 적응성을 보여줍니다. 중합체 백 두께를 최적화하는 유사한 연구는 합성 카티네(즉, 목욕소금)^10,기타 마약(헤로인 및 마리화나¹¹포함), 및 인간 악취^{화합물(12,13)에}대한 악취 모방의 생성에 수행되었다. 마지막 예에서, Simon et al.은 침략적인 곰팡이^종(14)과관련된 활성 악취를 조사하였다. 감염된 나무 껍질의 전체 조각은 추출된 냄새물 대신에 폴리머 백에 직접 배치되어 개 olfaction 테스트¹⁴동안 방출을 제어하였다. COMPS는 다양한 시나리오에 활용할 수 있으며, 본 에서 논의된 프로토콜은 이 도구의 다양성을 보여주기 위해 선택되었다.

프로토콜

1. COMPS 의 어셈블리(그림 1)

1. 기판에 깔끔한 (액체) 화합물(도 1A)
   1. 기판을 냄새와 함선하려면 보정된 파이펫을 사용하여 2 x 2 인치 면 거즈 패드 또는 기타 기판에 5 μL의 깔끔한 화합물을 추가하십시오 (재료 표참조).
   2. 거즈 패드를 반으로 접어 이(또는 대체 기판 재료)를 2 x 3인치 저밀도 폴리에틸렌 투과성 백에 넣습니다. 제안된 가방 두께는 1 MIL 사이이며, 가장 빠른 투과율, 8 MIL, 느린 투과율을 위해 입니다.
      참고: 흡수성 재료의 변화, 투과성 가방 크기, 폴리머 화학 및 두께를 사용할 수 있지만 이러한 변화는 악취의 투과 속도에 영향을 미칩니다(결과 섹션에서 추가 논의 참조).
   3. 즉시 열 실러로 닫혀 있는 폴리머 백을 밀봉하여 가방 내부에서 가능한 한 많은 공기를 제거합니다.
   4. 봉투를 외부 불투과성 가방에 보관하거나 즉시 사용할 경우, 깨끗한 계량 보트에 연기후드(그림 1B)에넣습니다.
2. 솔리드 소재의 경우 기판이 필요하지않습니다(도 1C)
   1. 순수 화합물 또는 실제 표적 재료일 수 있는 원하는 양의 고체 물질을 계량하고 2 x 3인치 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 투과성 백에 배치한다. 다시 말하지만, 제안 된 가방 두께는 1 MIL에서 8 MIL까지 다양합니다.
   2. 폴리머 백을 즉시 열감으로 밀봉하여 가방 내부에서 최대한 많은 공기를 제거하고 계량 보트에 보관하거나 따로 둡니다.

2. COMPS 투과율을 결정하는 중력 분석

참고: 일정한 주변 온도는 중력과 헤드스페이스 모두 정확하고 재현 가능한 측정에 중요합니다. 모든 테스트 중에 일정한 온도를 유지해야 합니다. 테스트 하는 동안 원하는 온도에서 모든 분석 측정을 수행 하는 것이 좋습니다.

1. 투과성 가방을 통해 냄새의 투과속도를 결정하기 위해 새로 만든 COMPS를 연기 후드 내부에 계량 보트에 넣습니다.
2. 깨끗하고 별도의 계량 보트를 분석 균형에 놓고 균형을 0으로 설정합니다.
3. 연기 후드에서 COMPS를 제거하고 균형에 배치합니다. 질량을 기록하고 즉시 연기 후드로 돌아갑니다.
4. COMPS의 질량이 더 이상 변경되지 않습니다 때까지 정규 시간 증분에 걸쳐 COMPS의 질량을 기록 (±5%). 이 시점에서 COMPS의 냄새가 고갈됩니다.
5. 음의 대조군으로서, 투과성 가방에 밀봉된 냄새물 없이 기판 재료로 구성된 빈 COMPS를 만듭니다. 시간이 지남에 따라 질량의 최소 변동을 보장하기 위해 냄새와 COMPS와 같은 방식으로이 부정적인 제어를 처리합니다.
6. COMPS에서 투과 속도를 계산합니다.
   1. 적절한 통계 분석 소프트웨어에서 X-Y 플롯에서 COMPS 대 시간을 플롯합니다.
   2. 선형 추세선을 그래프의 선형 부분에만 맞추고 차트에 방정식을 표시합니다. 추세선은 원기를 포함하도록 설정해서는 안 됩니다. 선의 경사(즉, y =m+ b의 m)는 단위 시간당 질량의 투과율입니다.

3. 가스 크로마토그래피 /질량 분광법 (SPME-GC / MS)을 갖는 고체 위상 미세 추출에 의한 헤드 스페이스 분석 (선택 사항)

1. 위의 지침에 따라 신선한 COMPS를 준비하고 연기 후드 내부의 열린 계량 보트에서 30 분 동안 평형 처리 할 수 있습니다.
2. 계량 보트에서 COMPS를 제거하고 뚜껑없이 1 파인트 에폭시 안감 금속 샘플 용기에 넣고 1 갤런 에폭시 안감 금속 용기에 넣습니다. 용기는 실험 기간 동안 연기 후드에 보관해야 합니다.
3. 샘플링 하기 전에 용기에 평형에 대 한 적어도 30 분 허용 합니다.
4. 평형 후 샘플링의 경우 이전에 뚫은 1cm 구멍이 있는 뚜껑을 외부 용기 위에 놓습니다. 관심 있는 문물을 추출하기 위해 뚜껑의 구멍을 통해 적절한 SPME 섬유를 삽입합니다. SPME 섬유를 사용하지 않을 때는 파라핀 필름 등으로 구멍을 덮습니다. 추출 시간 및 섬유 코팅은 샘플링 용기 및 환경^{조건(15)의}크기뿐만 아니라 존재하는 분석기 증기의 종류 및 양에 의존할 것이다.
5. 열 탈착 및 분석을 위해 GC/MS의 가열된 입구에 할당된 추출 시간 및 배치 후 SPME 섬유를 제거합니다.
   1. COMPS^16에사용되는 화합물에 적합한 GC/MS 방법을 실행한다.
6. 수량의 경우 결과 피크 영역을 외부 교정^곡선(16 및/또는 내부 표준^17)과 비교하여 방법 및 실험 설계에 적합합니다.
   참고: 1) 이 예에서는 에폭시 줄지어 금속 샘플 용기가 사용되었지만 다른 유형의 용기도 적합합니다. 냄새 가용성을 필드 후각 평가와 직접 비교하려면 두 실험모두에 대해 각 테스트 간에 정리된 동일한 용기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 2) 재현 가능한 결과의 경우, 샘플링 절차의 모든 측면은 평형 시간, SPME 추출 시간, 컨테이너 유형 및 크기 및 환경 조건(즉, 온도 및 습도)을 포함하되 이에 국한되지 않는 모든 복제 실험에서 유지되어야 합니다.

4. COMPS 스토리지

1. 단일 COMPS를 금속 장벽 백(3.5 x 4.5인치)에 넣고 열 밀봉을 닫고 밀봉 하기 전에 가방에서 가능한 한 많은 공기를 제거합니다(그림1B).
2. 시원한 주변 환경 또는 냉장 조건에 저장하지만 COMPS 해동으로 응축의 형성을 피하기 위해 아래 또는 동결에 가까이하지.
3. 단일 실험에서 여러 악취 또는 악취 전달 속도를 테스트하는 경우 운송 및 보관 중에 가능한 교차 오염을 제거하는 것이 좋습니다.
   1. 보관 및 운송을 위해 동일한 멸문 및 투과율의 개별 COMPS를 포함하는 여러 개의 장벽 가방을 각각 보관및 운송용 외부, 더 큰 금속화 가방 또는 유리 병에 보관하십시오.

5. 필드 후각 테스트

참고: 후각 테스트는 테스트 중인 동물, 실험 목표 및 환경 조건에 따라 여러 가지 방법으로 수행될 수 있습니다. 아래 프로토콜은 이러한 테스트 방식 중 하나를 설명합니다. 모든 동물 실험은 먼저 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC)에 의해 검토되고 승인되어야합니다.

1. 먼저 위에서 설명한 대로 빈 또는 음수 제어 COMPS를 만듭니다. 테스트 시나리오의 모든 컨테이너에 여분의 COMPS가 포함되어 있도록 충분히 확인하십시오 (실험에 관련된 동물의 수에 따라 2-3). 모든 빈 COMPS를 이차 봉쇄(즉, 밀봉 뚜껑이 있는 더 큰 금속화 된 가방 또는 유리 항아리)에 함께 포장합니다.
2. 의도한 필드 테스트 프로토콜에 필요에 따라 새 콤프를 만듭니다. COMPS와 금속화된 가방 사이의 가능한 모든 오염 원인을 제거합니다. 이것은 장갑의 정기적 인 변경 및 실험실 작업 표면의 청소에 의해 달성 될 수있다.
3. COMPS를 사용하기 최소 1일 전에 저장하여 평형을 허용합니다. 동일한 보조 컨테이너에 복제본을 저장합니다. 그러나 다른 COMPS는 별도의 보조 컨테이너에 있어야 합니다.
4. 기본 개 후각 테스트를 설정하려면 테스트 중인 변수 수에 따라 줄 수가 달라지므로 최소 5개의 동일한 컨테이너(예: 금속 캔, 상자)의 여러 줄을 배치합니다.
   1. 각 줄에 대상 COMPS가 있는 컨테이너 1개, 빈 COMPS가 있는 4개의 컨테이너가 포함되도록 평가판을 설정합니다. 동일한 방식으로 제조되었지만 알려진 대상 냄새와 함께 양수 제어 선은 실험, 교육 또는 테스트 시나리오에 적합한 것으로 사용될 수 있습니다. 추가 음수 제어 또는 빈 줄에는 5개의 빈 COMPS와 대상이 포함되어야 합니다. 이 음의 제어 라인, 양수 제어 라인(사용 하는 경우) 및 테스트 라인을 무작위로 주문하고 각 개 후각 테스트에 대한 난수 생성기를 사용하여 순서를 테스트 시나리오에 대해 실용적입니다.
      1. 라인당 산만 한 냄새/재료 1개를 포함하십시오.
      2. 난수 발생기를 사용하여 테스트되는 각 개에 대해 각 라인의 대상 및 산만 냄새의 순서와 위치를 임의화합니다.
5. 컨테이너를 준비하려면 보조 및 외부 용기에서 COMPS를 제거하고 평가판 용기에 투과 가능한 가방만 배치합니다.
   1. COMPS가 테스트 전에 최소 30분 동안 컨테이너에서 평형화되도록 허용합니다.
   2. 테스트에서 사용되는 각 COMPS에 대한 단계를 반복한 다음 양수 컨트롤(사용하는 경우)이 다음 악취를 테스트하여 매번 장갑을 교체합니다.
      참고: 개 테스트 시나리오의 자세한 예는 Simon 외⁴ 또는 Macias 외.^8에서찾을 수 있습니다.

결과

후각 테스트/훈련에서 COMPS를 사용하는 주요 목적은 선택한 냄새의 방출을 제어하고 시험 또는 훈련 세션 기간 동안 악취의 제어 된 양을 제공하는 것입니다. 오도란트 방출은 단위 시간당 질량 손실 측면에서 중력 분석에 의해 측정됩니다. 도 2는 3MIL LDPE 백을 통해 면 거즈에 5 μL의 펜타노산에서 제조된 3개의 동일한 COMPS의 투과로부터 의 중력 결과의 예를 제공한다. 회귀 ?...

토론

제어 된 냄새 모방 투과 시스템 (COMPS)은 관심있는 냄새를 투과 가능한 가방에 밀봉하여 쉽게 생성 할 수 있습니다. 이는 흡수성 물질에 깔끔한 액체 화합물을 배관한 다음 흡수성 물질을 가방에 넣음으로써 이루어질 수 있다. 파이프로날^8의경우와 같이, 백^4에직접 순수하고 단단한 화합물을 배치함으로써; 또는 여러 또는 알려지지 않은 악취를 함유한 대상 물질...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
16 oz economy jars (70-450 finish)	Fillmore container	A16-08C-Case 12
7890A gas chromatograph / 5975 mass selective detector	Agilent
Analytical balance	Mettler Toledo	01-911-005
Ball regualr bands and dome lids	Fillmore container	J30000
Cotton gauze (2" x 2")	Dukal
Disposable weighing boats	VWR	10803-148
Epoxy-lined sample containers, 1 gallon	TriTech Forensics	CANG-E
Epoxy-lined sample containers, 1 pint	TriTech Forensics	CANPT-E
Low density polyetheylene bag	Uline	S-5373
Rtx-Volatiles (30 m x 0.32 mmID) column	Restek	10901
Silver metalized mylar barrier bag (3.5" x 4.5")	ESP Packaging	95509993779
Silver metalized mylar barrier bag (5" x 8.5" x 3")	ESP Packaging	95509993793
Solid phase microextration fiber assembly (PDMS/DVB/CAR)	Sigma-Aldrich	57328-U
Solid phase microextration holder	Sigma-Aldrich	57330-U
Tabletop Impulse Sealer	Uline	H-190	Heat sealer