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Method Article
가스 크로마토그래피 질량 분광법은 토탈 기화 고체-위상 미세 추출과 결합하여 법의학 도구로 사용됩니다.
요약
총 기화 고체 위상 미세 추출(TV-SPME)은 액체 샘플을 완전히 기화하고 분석체는 SPME 섬유에 스며들게 됩니다. 이를 통해 용매 증기와 SPME 섬유 코팅 사이에만 해석물을 분할할 수 있습니다.
초록
가스 크로마토그래피 – 질량 분석법 (GC-MS)은 통제 물질, 점화 액체 및 폭발물을 포함한 수많은 법의학 적 관심 분석분석을 위해 자주 사용되는 기술입니다. GC-MS는 고체 단계 마이크로 추출 (SPME)과 결합 될 수있다, 이는 점등 코팅과 섬유샘플 위의 헤드 스페이스에 배치또는 액체 샘플에 침지되는. 마취제는 탈약용 가열 된 GC 입구 내부에 배치되는 섬유에 소어된다. 총 기화 고체 단계 미세 추출 (TV-SPME)은 침수 SPME와 동일한 기술을 활용하지만 섬유를 완전히 기화 된 샘플 추출물에 담급니다. 이 완전한 기화는 액체 상 또는 임의의 용해성 물질의 간섭 없이 증기 상과 SPME 섬유 사이의 분할을 초래합니다. 사용되는 용매의 비등점에 따라 TV-SPME는 대량 샘플 볼륨(예: 최대 수백 개의 마이크로리터)을 허용합니다. 온-파이버 파생은 TV-SPME를 사용하여 수행될 수도 있다. TV-SPME는 모발, 소변 및 타액에서 약물과 대사 산물을 분석하는 데 사용되었습니다. 이 간단한 기술은 또한 거리 마약, 지질, 연료 샘플, 폭발 후 폭발성 잔류물 및 물 오염 물질에 적용되었습니다. 이 논문은 TV-SPME를 사용하여 알코올 음료의 매우 작은 샘플 (마이크로 리터 수량)에서 불법 간음자를 식별합니다. 감마 하이드록시부티레이트(GHB)와 감마 부티롤락톤(GBL)은 모두 스파이크 드링크에서 발견되는 수준에서 확인되었다. 트리메틸실릴 제제에 의한 파생화는 수성 매트릭스 및 GHB를 TMS 유도체로 변환할 수 있게 하였다. 전반적으로 TV-SPME는 빠르고 쉬우며 샘플을 헤드스페이스 바이알에 넣는 것 외에는 샘플 준비가 필요하지 않습니다.
서문
고체-위상 마이크로추출(SPME)은 액체 또는 고체 시료를 헤드스페이스 바이알과 SPME 섬유에 배치한 후 시료 헤드스페이스(또는 액체 샘플에 침지)에 도입되는 샘플링 기술이다. 문별물은 섬유위에 소어를 놓은 다음 섬유질이 GC 입구 내부에 배치되어 탈색1,2. 총 기화 고체 단계 미세 추출 (TV-SPME)은 침수 SPME와 유사한 기술이지만 분석이 섬유에 흡착되기 전에 액체 샘플을 완전히 기화시합니다. 이를 통해 용매 증기와 섬유코팅 사이에만 해석물을 분할할 수 있어 더 많은 해석물을 섬유에 흡착하여 좋은 감도3을초래할 수 있다. 다양한 SPME 섬유가 제공되며 관심 있는 해석, 용매/매트릭스 및 파생제에 기초하여 섬유를 선택해야 합니다. 기존 TV-SPME 별표의 표 1을 참조하십시오.
| 견본 | 아나리테(들) | 권장 SPME 섬유 | 참조(들) |
| 인간의 머리 | 니코틴, 코티닌 | 폴리디메틸실록산/디비닐벤젠(PDMS/DVB), 폴리아크릴레이트(PA) | 3 |
| 무연 파우더 | 니트로글리세린, 디페닐라민 | 폴리디메틸실록산 (PDMS), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) | 7, 8 |
| 레이싱 연료 | 메탄올, 니트로메탄 | 페그 | 9 |
| 물 | 다환 방향족 탄화수소 | PDMS | 10 |
| 음료 | ɣ-하이드록시부티르산, ɣ-부티롤락톤 | PDMS | 이 작품 |
| 솔리드 파우더 | 메담페타민, 암페타민 | PDMS/DVB | 게시되지 않은 |
표 1. 확립 된 TV-SPME 문물로 권장 SPME 섬유.
TV-SPME를 수행하기 위해, 문체는 용매에 용해되고 이 혼합물의 알리쿼트는 헤드스페이스 바이알에 배치된다. 용매와 휘발성 해석물만 기화되기 때문에 샘플을 필터링할 필요가 없습니다. 액체 샘플의 특정 볼륨은 샘플의 총 기화를 보장하기 위해 사용되어야합니다. 이러한 부피는 이상적인 가스 법을 사용하여 액체의 어금니 부피를 곱한 용매의 두더지 수를 계산하여 결정됩니다(수학식 1).
방정식 1
여기서Vo는 시료(mL)의 부피이고, P는 용매(bar)의 증기압이고,V v는 바이알(L)의 부피이며, R은 이상적인 가스 상수(0.083145), 
M은 용매(g/mol)의 어금량이며, 
T는 온도(K)이며, 용매의 밀도(g/mL)이다. 3
올바른 증기 압력을 사용하기 위해 앙투안 방정식(방정식 2)은 온도의 영향을 고려하여 사용됩니다:4
방정식 2
여기서 T는 온도이고 A, B 및 C는 용매에 대한 앙투안 상수입니다. 방정식 2는 방정식 1로 대체될 수 있으며, 다음을 산출합니다.
방정식 3
수학식 3은 사용되는 온도 및 용매의 함수로서 완전히 기화될 수 있는 샘플(Vo)의부피를 제공한다.
TV-SPME로 유도화를 수행하기 위해, SPME 섬유는 먼저 유리병에 노출되어 유리병에 노출되어 멸술에 따라 미리 정해진 시간 동안 이다. SPME 섬유는 관심 있는 유리병에 노출됩니다. 이 유리병은 가열 된 교반기 내부에 가열됩니다. 그런 다음 파생 제를 사용하여 섬유에 흡착됩니다. 분산을 위해 GC 입구에 삽입되기 전에 분산물 및/또는 매트릭스의 파생이 섬유에서 일어난다. 도 1은 파생과 TV-SPME 프로세스의 묘사를 나타낸다.
그림 1: 파생과 TV-SPME 프로세스의 묘사. SPME 섬유는 먼저 유도제(노란색 원)가 섬유에 소브되는 파생 바이알을 입력합니다. 섬유는 시료(블루 원)에 도입되고 가열된다. 유도체(녹색 원)의 형성은 추출 시간 동안 섬유에서 일어난다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
TV-SPME는 분석 시간을 단축하는 추출 과정에서 분석이 파생될 수 있기 때문에 유용합니다. 액체 주입과 같은 다른 방법은, GC에 주입되기 전에 용액에서 파생제와 반응하는 막분무분무를 요구한다. TV-SPME는 또한 거의 또는 전혀 샘플 준비를 필요로하지 않습니다. 분석체를 포함하는 매트릭스는 헤드스페이스 바이알에 직접 배치되고 분석될 수 있다. 관심의 많은 화합물은 TV-SPME와 호환됩니다. 화합물은 용매에서 용해되고 기화를 허용하기에 충분히 휘발성이 있어야 합니다. 또한, 화합물은 GC-MS에 의해 분석되려면 열적으로 안정되어야 합니다. TV-SPME는 약물 및 약물 대사산물, 경주 연료, 다환방향 방향족 탄화수소 및폭발성 물질3,5,6,7,8,9,10을분석하는 데 사용되어 왔다.
프로토콜
1. 일반 TV-SPME 샘플 준비 및 GC-MS 분석
참고: 샘플이 이미 매트릭스에 용해된 경우 1.2단계로 건너뜁니다.
- 원하는 농도에 도달하기에 충분한 용매 (물, 메탄올, 아세톤 등)에 고체 샘플을 추출하거나 용해. 액체 샘플은 "있는 것처럼"사용할 수 있습니다.
참고: 사용된 고체 시료의 양은 시료의 원하는 농도에 따라 달라집니다. GC 열과 과부하가 발생하지 않도록 ppm 1ppm(w/v) 미만의 농도를 권장합니다. 아닐레트는 선택한 유기 용매에서 용해되어야 합니다.- 샘플이 완전히 용해되었는지 확인합니다.
- 선택한 온도에서 방정식 3를 사용하여 샘플을 완전히 기화하는 데 필요한 부피를 계산합니다. 예를 들어, 실험이 60°C에서 수행될 경우, 60°C에서 용매를 완전히 기화시키는 데 필요한 부피를 계산한다.
- 이 샘플 볼륨을 헤드스페이스 바이알로 전송하고 캡을 고정합니다. 마이크로리터 스케일에서 액체 샘플을 전송하는 허용 가능한 방법은 유리 주사기, 전자 유리 주사기 또는 시료 준비를 위해 액체 전송이 가능한 자동 샘플러 로봇을 통해 수동으로 포함됩니다.
- 시료를 유도하는 경우, 제제의 ~1mL을 헤드스페이스 바이알에 배치하여 적절한 유도제를 준비한다.
- 필요한 파생의 유형에 따라 파생 제를 선택하십시오: 알킬레이션, 어감찰 또는 실화. 이 경우, GHB에서 발견되는 카복실산 및 알코올 기능성 군에 대한 권장 파생제는 O-bis(trimethylyl) 트리플루오로아세타미드(BSTFA)이다. 상기 파생제는 "있는 것과 같이" 사용될 수 있으며 희석을 요구하지 않는다. 1mL의 파생제는 SPME 섬유의 완전한 채도를 보장하기에 충분합니다.
주의: 유도제는 독성이 있으며 연기 후드로 처리해야 합니다.
- 필요한 파생의 유형에 따라 파생 제를 선택하십시오: 알킬레이션, 어감찰 또는 실화. 이 경우, GHB에서 발견되는 카복실산 및 알코올 기능성 군에 대한 권장 파생제는 O-bis(trimethylyl) 트리플루오로아세타미드(BSTFA)이다. 상기 파생제는 "있는 것과 같이" 사용될 수 있으며 희석을 요구하지 않는다. 1mL의 파생제는 SPME 섬유의 완전한 채도를 보장하기에 충분합니다.
- 1.2단계의 계산에 따라 적절한 인큐베이션/추출 온도를 설정합니다. 이 온도는 총 기화, 충분한 샘플 추출 및 완전한 파생(필요한 경우)을 보장합니다.
- 관심 있는 화합물의 클래스에 따라 GC-MS 매개변수(오븐 온도 프로그램, 유량, 입구 온도 등)를 선택합니다. 예제 매개 변수 집합의 경우 3단계를 참조하십시오.
- 적절한 입구 라이너(예: 2mm 내경 이하)가 GC 입구에 있는지 확인합니다.
- 분석을 시작하기 전에 SPME 섬유가 제대로 컨디셔닝되고 양호한 상태인지 확인합니다.
- 사용되는 SPME 섬유의 종류에 따라 컨디셔닝 파라미터를 다릅니다. 적절한 컨디셔닝 온도 와 시간에 대한 SPME 섬유 지침을 참조하십시오. 일반적으로 재현할 수 있을 때까지 여러 SPME 섬유 블랭크를 분석하는 것은 SPME 섬유를 완전히 컨디셔닝한 특성화하기에 충분합니다.
2. 감마 하이드록시부티레이트(GHB) 및 감마 부티롤락톤(GBL) 샘플 준비
- 1 ppm 미만의 농도로 물에 GHB 및/또는 GBL 샘플을 준비합니다.
- 이 샘플의 1 μL을 1.2.1에 기술된 방법 중 하나를 사용하여 20mL 헤드스페이스 바이알로 옮기.
- 수성 시료를 분석하려면 가장 낮은 샘플 볼륨이 필요합니다. 예를 들어, 하나의 μL의 물은 60°C에서 20mL 헤드스페이스 바이알로 완전히 증발합니다.
- 바이알을 즉시 캡합니다.
- BSTFA + 1% 트리메틸클로로실레인(TMCS)을 별도의 20mL 헤드스페이스 바이알및 캡에 넣습니다.
참고: GBL은 파생되지 않습니다. 그러나, 유도 단계는 여전히 필요한, 물 용매가 유도하고 시료를 방해하지 않도록하는 것입니다.
주의: BSTFA는 독성이 있으며 연기 후드로 처리해야합니다.
3. 물에서 GHB 및 GBL에 대한 GC-MS 매개 변수 및 설정
- 다음 GC-MS 매개 변수를 사용하여 메서드를 만듭니다.
초기 오븐 온도 : 60 °C는 1 분 동안 유지됩니다.
오븐 프로그램 : 15 ° C / 분.
최종 오븐 온도 : 280 ° C, 1 분 동안 개최.
유량: 2.5mL/분(0.25mm i.d. 컬럼의 속도에 최적화된 흐름).
입구 온도 : 250 ° C.
환승 선 온도 : 280 ° C. - GC 입구 내부에 좁은(2mm i.d. 이하) SPME 입구 라이너를 배치했는지 확인합니다.
- PDMS/DVB SPME 섬유가 제대로 컨디셔닝되고 분석 전에 양호한 작업 순서를 유지하십시오.
참고: PDMS/DVB SPME 섬유는 30분 동안 250°C의 GC 입구에서 컨디셔닝되어야 합니다. PDMS/DVB SPME 섬유는 흰색이 아닌 섬유여야 합니다. - 샘플에서 GC-MS를 실행합니다.
결과
GBL 볼륨 연구는 헤드스페이스및 몰입SPME에 비해 TV-SPME의 민감도를 입증하기 위해 수행되었다. 물에 있는 GBL의 100ppmv 견본은 1, 3, 10, 30, 100, 100, 3000, 및 10,000 μL의 부피와 20 mL 헤드 스페이스 바이알에 배치되었습니다. TV-SPME(1-3 μL), 헤드스페이스 SPME(10 – 3,000 μL) 및 침수 SPME(10,000 μL)에 허용되는 샘플의 위상 비율. 모든 샘플은 삼중에서 분석되었고 평균 피크 영역은 샘플 부피에 대해 플롯?...
토론
TV-SPME는 큰 샘플 크기(예를 들어, 100 μL)에서 액체 주입 GC에 비해 몇 가지 이점이 악기 변형 없이 사용될 수 있다. TV-SPME는 또한 헤드 스페이스 SPME와 동일한 이점중 일부를 가지고 있습니다. 헤드스페이스 SPME는 어떤 비휘발성 화합물이 헤드스페이스 바이알에 남아 있고 섬유에 흡착되지 않아 깨끗한 시료를 산출하기 때문에 추출이나 여과가 필요하지 않습니다. 또한 이 방법은 표준 헤드스페이스 ...
공개
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 말
이 연구는 국립 사법 연구소 (2015-DN-BX-K058 및 2018-75-CX-0035 상)에 의해 지원되었습니다. 여기에 표현 된 의견, 결과 및 결론은 저자의 의견이며 반드시 자금 조달 조직의 의견을 반영하지 않습니다.
자료
| 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 |
참고문헌
- Pawliszyn, J. B. Method and Device for Solid Phase Microextraction and Desorption. United States patent. , (2005).
- Pawliszyn, J. . Solid phase microextraction: theory and practice. , (1997).
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- Sinnott, R. . Chemical Engineering Design: Chemical Engineering. 6, (2005).
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- Ash, J., Hickey, L., Goodpaster, J. Formation and identification of novel derivatives of primary amine and zwitterionic drugs. Forensic Chemistry. 10, 37-47 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
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