JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Fizzy ekstraksiyon, uçucu ve yarı-yarı iletken bileşiklerin analizi için yeni bir laboratuar tekniğidir. Bir taşıyıcı gaz, aşırı basınç uygulayarak ve numuneyi karıştırarak sıvı numunede çözülür. Numune haznesi daha sonra dekompresyona tabi tutulur. Analit türleri köpürme nedeniyle gaz fazına serbest bırakılır.

Özet

Sıvı numunelerde çözünen uçucu ve yarı-yarı iletken bileşiklerin kimyasal analizi zor olabilir. Çözünmüş bileşenlerin gaz fazına getirilmesi ve etkili bir şekilde bir tespit sistemine aktarılması gerekir. Özsu çıkarma, efervesan fenomeninden yararlanır. İlk olarak, bir taşıyıcı gaz (burada, karbon dioksit) aşırı basınç uygulayarak ve numuneyi karıştırarak numunede çözülür. İkincisi, numune haznesi aniden sıkışır. Dekompresyon, numune sıvısında çok sayıda taşıyıcı gaz kabarcıklarının oluşumuna neden olur. Bu kabarcıklar çözünmüş analit türlerinin sıvıdan gaz fazına salınmasına yardımcı olur. Serbest kalan analitler hemen üçlü dörtlü kutuplu bir kütle spektrometresinin atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon arayüzüne aktarılır. İyonlaşabilir analit türleri, zaman etki alanında kütle spektrometrik sinyallere neden olur. Analit türlerinin salınımı kısa süreler boyunca gerçekleştiğinden (birkaç saniyeZamansal sinyaller yüksek genliklere ve yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahiptir. Zamansal zirvelerin amplitüdleri ve alanları, daha sonra, nicel analizi mümkün kılan, gazlı ekstraksiyona tabi tutulmuş sıvı numunelerdeki analitlerin konsantrasyonları ile ilişkilendirilebilir. Gazlı ekstraksiyonun avantajları şunları içerir: basitlik, hız ve kimyasalların (çözücüler) sınırlı kullanımı.

Giriş

Doğada ve günlük yaşamda gözlenen çeşitli olgular gaz-sıvı faz dengeleriyle bağlantılıdır. Karbondioksit, yumuşak ve alkollü içeceklerde yüksek basınç altında çözülür. Böyle bir gazlı içecekten bir şişe açıldığında, basınç düşer ve gaz kabarcığı sıvı yüzeye doğru akar. Bu durumda efervesans, içeceklerin organoleptik özelliklerini geliştirir. Gaz kabarcıklarının salınması aynı zamanda dekompresyon hastalığının ana nedenidir ("viraj") 1 . Ani dekompresyona bağlı olarak dalgıçların cesetlerinde kabarcıklar oluşur. Dekompresyon hastasından mustarip olanlar hiperbarik odalarla tedavi edilir.

Gaz kabarcıklarının analitik kimyada çeşitli uygulamaları vardır. Spreyleme yöntemleri, uçucu bileşikler 2'yi çıkarmak için sıvı numuneler yoluyla gaz kabarcıkları geçirmeye dayanmaktadır. Örneğin, "purge-closed loop" olarak adlandırılan bir yöntem gaz kromatografisiyle birleştirilerek diÇözülmüş uçucular 3 . Serpme, sürekli olarak uçucu maddeleri zamanla özümseyebilirken, onları uzayda veya zamanda sınırlandırmaz. Serbest bırakılan gaz fazı türlerinin tuzağa düşürülmesi ve bazı durumlarda bir sıcaklık programı uygulanarak veya sorbentler kullanılarak yoğunlaştırılması gerekir. Bu nedenle, adım sayısını azaltabilen ve aynı zamanda uzayda veya zamanda uçucu analitleri konsantre hale getirecek yeni on-line örnek tedavi stratejileri getirme ihtiyacı vardır.

Uçucu bileşiklerin sıvı numunelerden çıkarılması ve on-line analizin gerçekleştirilmesi sorununu çözmek için son zamanlarda "gazlı ekstraksiyon" 4 uygulamasını başlattık. Bu yeni teknik, efervesan fenomeninden yararlanır. Kısaca, bir taşıyıcı gaz (burada, karbon dioksit), aşırı basınç uygulanarak ve numuneyi karıştırarak numunede çözülür. Daha sonra numune haznesi aniden sıkışır. Ani dekompresyon, çok sayıdaki taşıyıcı gaz kabarcıklarının oluşumuna neden olur Örnek sıvıda. Bu kabarcıklar çözülmüş analit türlerinin sıvıdan gaz fazına salınmasına yardımcı olur. Salınan analitler, zaman domeninde sinyal üreten derhal kütle spektrometresine aktarılır. Analit türlerinin salınımı kısa bir süre (birkaç saniye) ile sınırlandığından, zamansal sinyaller yüksek genliklere ve yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahiptir.

Gazlı ekstre sürecinde yer alan basınçlar çok düşüktür (~ 150 kPa) 4; Süper kritik akışkan ekstraksiyonunda ( 5) ( örneğin ≥10 MPa) çok daha düşüktür. Teknik, herhangi bir özel sarf malzemesinin (kolonlar, kartuşlar) kullanılmasını gerektirmez. Seyreltme ve temizleme için sadece küçük hacimlerde çözücüler kullanılır. Ekstraksiyon aygıtı, yaygın olarak bulunan parçaları 4 kullanarak orta teknik becerilere sahip kimyagerler tarafından monte edilebilir; Örneğin, açık kaynaklı elektronik modüller"> 6 , 7. Fizzy çıkarma, atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon (APCI) arayüzü ile donatılmış modern kütle spektrometreleriyle on-line olarak birleştirilebilir. Gaz fazı özleri iyon kaynağına aktarıldığından, gazlı ekstraksiyon işlemi, savunmasız Kütle spektrometresinin parçaları.

Bu görselleştirilmiş deney makalesinin amacı, izleyicilere basit bir analitik görevle gazlı ekstraksiyonun nasıl uygulanacağı konusunda rehberlik etmektir. Gazlı ekstraksiyon sisteminin çekirdeği önceki raporumuzda 4 anlatıldığı gibi iken, işlemi daha açık yapmak için birkaç iyileştirme yapılmıştır. Anahtar çıkarma parametrelerini gerçek zamanlı olarak görüntülemek için sisteme bir LCD ekran kalkanı ile donatılmış bir mikro denetleyici dahil edilmiştir. Tüm fonksiyonlar mikro denetleyici komut dosyalarında programlanır ve artık harici bir bilgisayar kullanarak cEkstraksiyon sistemini çalıştırın.

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

Protokol

Bu protokol, tüm adımların ilgili laboratuvar güvenlik yönetmeliklerine göre yerine getirildiğini varsaymaktadır. Bazı adımlarda ticari araçlar kullanılmaktadır - bu durumlarda üretici talimatlarına uyulması gerekmektedir. Zehirli kimyasallarla çalışırken MSDS kurallarına uyulması gerekir. Özel yapım ekipmanı 4 dikkatle çalıştırılmalıdır; Özellikle de basınçlı gazlarla uğraşırken ve elektrik kablolarını canlı tutarken.

1. Standart Çözeltinin Hazırlanması

  1. 10 μL limoneni 990 μL etanol ile karıştırarak etanol içerisinde limonen 6.2 x 10 -2 M stok solüsyonu hazırlayın.
  2. 10 μL 6.2 x 10 -2 limonen, 490 μL etanol karıştırılarak ve 10 mL'lik son hacme saf su ekleyerek 10 mL 6.2 x 10 -5 M limonen solüsyonu hazırlayın. Volumetrik balon iyice çalkalanmalıdır.
  3. Hazırlanan standart çözeltiyi, septumu içeren 20 mL vidalı üst boşluk cam şişesine aktarınM sınırı Seyreltilmiş standart solüsyon sistemi test etmek için kullanılabilir.

2. Gerçek Numunenin Hazırlanması

  1. Bir mutfak tezgahında taze limonlu meyveleri (yarısı kesip) sıkarak kireç suyu elde edin.
  2. 2 mL kireç suyu, 500 μL etanol karıştırılarak 10 mL seyreltilmiş limon suyu hazırlayın ve 10 mL'lik son hacme saf su ekleyerek. Volumetrik balon iyice çalkalanmalıdır.
  3. Hazırlanan numuneyi, septum kapaklı 20 mL vidalı üst boşluk cam şişesine aktarın.

3. Gerçek Numuneyi Standart Çözüme Sızdırma

  1. İlk standart ilave: 2 mL kireç suyu, 10 μL 6.2 x 10 -2 M limonen solüsyonu, 490 μL etanol ve 10 mL'lik son hacme saf su ilave ederek 10 mL'lik çakıl numunesini hazırlayın. Volumetrik balon iyice çalkalanmalıdır.
  2. İkinci standart ilave: 2 mL limon suyu, 20 uL 6.2 x 10 -2 M limonen karıştırılarak 10 mL çakıllı numuneyi hazırlayınE solüsyonu, 480 μL etanol ve son hacmine 10 mL saf su ilavesi. Volumetrik balon iyice çalkalanmalıdır.

4. Fizzy Çıkarma Sistemini Kurma

  1. Üçlü dört kutuplu kütle spektrometresi APCI kaynağının yanında gazlı çıkarma sistemi (Şekil 1) 4 koyun.
  2. Karbon dioksit gaz silindirini gazlı ekstraksiyon sisteminin gaz besleme girişine bağlayın. Gaz regülatöründeki valfi açın. Çıkış basıncını 1,5 bar (150 kPa) olarak ayarlayın.
  3. Çekme haznesi çıkışını iyon kaynağı girişine bağlayın.
  4. Gazlı ekstraksiyon sistemini 12 V'luk güç kaynağına bağlayın.
  5. Üçlü dörtlü kutuplu kütle spektrometresinin veri toplama yazılımını kurun ( Şekil 2 ). Aleti, APCI kaynağı ile, pozitif iyon çoklu reaksiyon izleme (MRM) modunda, argon çarpışması ile çalıştırıngaz.
    1. Veri toplama yazılımını çalıştırın.
    2. "Sadece LCMS8030" seçeneğini seçin.
    3. "MS Açık / Kapalı" opsiyonunu seçin.
    4. Çözülme hat sıcaklığını 250 ° C'ye ve kurutma gazı akış hızı 15 L / dak'a ayarlayın . Her enstrüman parametresinin değeri ön ayarlı değer ile aynı değere gelene kadar bekleyin.
    5. MS veri edinme yöntemi dosyasını seçin.
    6. Çarpışma geriliminin -20 V olduğundan emin olun, öncü iyon m / z 137 ve parçacık iyonu m / z 81 ve 95'tir
    7. "Tek Çalıştırmaya Başla" düğmesine tıklayın.
    8. Dosya adını yazın.
    9. Dosya yolunu seçin.
    10. 5. bölüme geçin ("Gazlı ekstraksiyon yapılması").
    11. "MS Açık / Kapalı" opsiyonunu seçin.
    12. Yazılım penceresini kapatın.
    13. "Nebulizing Gas Off", "DL Heater Off", "Heat Block Off" ve "Dry Gas Off" öğelerini işaretleyin. "Tamam"34. ;.

5. Fizzy Çıkarmayı Gerçekleştirme

  1. Vidalı tutamak kullanarak gazlı ekstraksiyon sistemine örnek bir flakon yerleştirin. Ekstraksiyon sistemi oda sıcaklığında (~ 25 ° C) çalıştırılır.
  2. Gazlı ekstraksiyon sisteminin LCD ekranındaki "Başlat" düğmesine basın.
  3. Otomatik gaz alma çıkarma işlemi yapılırken bekleyin ( Şekil 3 ). Üçlü dörtlü kutuplu kütle spektrometresi ekranında iyon sinyallerinin gelişimini gözleyin.
    NOT: Aşağıdaki adımlar otomatik olarak yürütülür: Numune üst boşluğu, 60 saniye boyunca karbondioksit ile yıkanır. Numune, 60 saniye boyunca karbondioksit ile basınç altına alınmıştır. Karıştırıcı motor açık. Numune basınçsız hale getirildi. Birden fazla kabarcık oluşur. Daha sonraki aşamada, kabarcıklanma arttırmak için karıştırma motoru açıktır.
  4. Numune şişesini çıkarın (vidalarını sökün).
  5. Örnek karıştırma mili, selülozlu doku ile silin.
  6. Karıştırma ısısını yıkayınEtil alkol ile indle ve tekrar selüloz dokusu ile silin.
  7. Sistem, başka bir numunenin analizi için hazırdır (5.1-5.6 adımlarını tekrarlayın).
  8. Güç kaynağını kapatın.
  9. Gazdan arındırılmış çıkış borusunu iyon kaynağından ayırın.
  10. Gaz tüpünün valfını kapatın ve gaz tüpünü ayırın.

6. Veri Analizi

  1. Üçlü kuadrupole kütle spektrometresi veri toplama yazılımından m / z 81 için çıkarılan iyon akımlarını ASCII dosyalarına aktarın ( Şekil 4 ).
    NOT: Bu gösteride m / z 95'deki iyon akımı kullanılmaz.
    1. Veri toplama yazılımını çalıştırın. "Postrun" seçeneğini seçin.
    2. "Select Project (Folder)" seçeneğini seçin ve veri dosyasını seçin.
    3. "Dosya" menüsünü tıklayın ve "Verileri Dışa Aktar" / "Verileri ASCII Olarak Dışa Aktar" ı seçin.
    4. & # Seçeneğini seçin34; Çıktı Dosyası "nı seçin ve dosya yolunu seçin" MS Kromatogramı (MC) "nı seçin.
  2. Çiğ veri setlerini zirve entegrasyon yazılımına alın ve zirve alanlarını ölçün ( Şekil 5 ). Ayarlar: doğrusal taban çizgisi; HVL işlevi.
    1. Zirve entegrasyon yazılımını çalıştırın.
    2. "Dosya" menüsünden "Al" seçeneğini seçin. "Evet" düğmesini tıklayın.
    3. X ve Y sütunundaki verileri seçin. "Tamam" düğmesini tıklayın. "Asalları Otomatik Sığdır" seçeneğini seçin.
    4. Ekstraksiyon tepe noktasını yarı otomatik olarak takın. Uydurulan eğrinin deneysel veri noktalarını izlediğinden emin olun. "Liste Tepe Tahminleri" seçeneğini seçin. "ASCII Editor" seçeneğini seçin.
    5. Uyum sonuçlarını "Pano'ya" kopyalayın.
  3. Ölçülen zirve alanlarını veri analiz yazılımındaki bir elektronik tabloya girin ( Şekil 6 ).
    1. Veri analiz yazılımını çalıştırın.
    2. Y sütunundaki X sütunundaki konsantrasyon değerlerini ve pik alanı değerlerini girin. "Plot" menüsünden "Symbol" / "Scatter" seçeneğini seçin. "Analiz" menüsünden "Fitting" / "Fit Linear" seçeneğini seçin.
  4. Seyreltilmiş gerçek numunedeki limonenin konsantrasyonunu aşağıdaki formüle dayanarak hesaplayın:
    figure-protocol-7131
    w eğimi ise ettiği, lineer fonksiyon mesafesidir.
  5. Orjinal gerçek numunedeki limonen konsantrasyonunu (seyreltmeden önce) aşağıdaki formüle dayanarak hesaplayın:
    figure-protocol-7399
    Burada DF seyreltme faktörüdür (burada, 5).

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

Sonuçlar

Başlangıçta, gazlı ekstraksiyon sistemi standart bir çözüm ile test edilir. Ardından, standart ile çakıştırılmış gerçek örnek ve gerçek örnek analiz edilir. Ekstraksiyon olaylarının temporal tepelerinin alanları, kantitatif analiz sağlayan, gazlı ekstraksiyona tabi tutulmuş sıvı numunelerdeki analitlerin konsantrasyonları ile ilişkilendirilir. Burada, tekniğin niceliksel yeteneklerini göstermek için çifte standart ekleme yaptık ( Şe...

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

Tartışmalar

Son 30 yılda yapılan çalışmalarda örnekleri bir kütle spektrometresine iletmenin çeşitli akıllı yolları geliştirildi ( örn . Referanslar 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ). Bu çalışmaların amaçlarından biri, analiz için numunelerin hazırlanmasını kolayla...

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

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Teşekkürler

Bu çalışmanın maddi desteği için Tayvan Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'na (hibe numarası: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) teşekkür etmek istiyoruz.

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

Malzemeler

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

Referanslar

  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.

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

KimyaSay 125Otomasyonkimyasal analizekstraksiyonk tle spektrometresinumune haz rlamau ucu organik bile ikler

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır