Gaz Kromatografisi-Kütle Spektrometresi, Adli Bir Araç Olarak Toplam Buharlaşma Katı Fazlı Mikroextraction ile Eşleştirilmiştir

Özet

Toplam Buharlaşma Katı Faz Mikroextraction (TV-SPME), bir SPME fiber üzerine analiz edilirken sıvı bir numuneyi tamamen buharlaştırır. Bu, analitenin sadece çözücü buharı ve SPME fiber kaplama arasında bölünmesine izin verir.

Özet

Gaz Kromatografisi – Kütle Spektrometresi (GC-MS), kontrollü maddeler, tutuşabilir sıvılar ve patlayıcılar da dahil olmak üzere çok sayıda adli ilgi analitinin analizi için sık kullanılan bir tekniktir. GC-MS, bir numunenin üzerindeki kafa boşluğuna bir parça kaplamalı bir elyafın yerleştiği veya sıvı bir numuneye batırıldığı Katı Fazlı Mikroextraction (SPME) ile birlenebilir. Analizler, daha sonra desorpsiyon için ısıtılmış GC girişine yerleştirilen lif üzerine sorbed edilir. Toplam Buharlaşma Katı Fazlı Mikroextraction (TV-SPME), daldırma SPME ile aynı tekniği kullanır, ancak elyafı tamamen buharlaşmış bir numune özüne batırır. Bu tam buharlaşma, sıvı bir fazdan veya çözünmeyen malzemelerden parazit olmadan sadece buhar fazı ile SPME fiberi arasında bir bölünme ile sonuçlanır. Kullanılan çözücünün kaynama noktasına bağlı olarak, TV-SPME büyük numune hacimlerine (örneğin, yüzlerce mikrolitreye kadar) izin verir. On-fiber derivatizasyonu TV-SPME kullanılarak da gerçekleştirilebilir. TV-SPME, saç, idrar ve tükürükteki ilaçları ve metabolitlerini analiz etmek için kullanılmıştır. Bu basit teknik sokak ilaçlarına, lipitlere, yakıt örneklerine, patlama sonrası patlayıcı kalıntılarına ve sudaki kirleticilere de uygulanmıştır. Bu makale, çok küçük numunelerdeki (mikroliter miktarlarda) yasadışı zina yapanları tanımlamak için TV-SPME kullanımını vurgulamaktadır. Hem gama-hidroksibutirat (GHB) hem de gama-bütirotiractone (GBL) çivili içeceklerde bulunacak seviyelerde tespit edildi. Sulu matris ve GHB'nin TMS türevlerine dönüştürülmesine izin verilen bir trimetilsilyl aracı tarafından türetme. Genel olarak, TV-SPME hızlı, kolaydır ve numuneyi bir kafa boşluğu şişesine yerleştirmenin yanı sıra numune hazırlığı gerektirmez.

Giriş

Katı Fazlı Mikroextraction (SPME), bir sıvı veya katı numunenin bir kafa boşluğu şişesine yer geçirildiği ve polimerik bir malzeme ile kaplanmış bir SPME elyafın daha sonra numune kafa boşluğuna sokulduğu (veya sıvı bir numuneye batırıldığı) bir örnekleme tekniğidir. Analit lif üzerine sorbed edilir ve daha sonra lif desorpsiyon için GC girişi içine yerleştirilir^1,2. Toplam Buharlaşma Katı Fazlı Mikroextraction (TV-SPME), daldırma SPME ile benzer bir tekniktir, ancak analizler fiber üzerine adsorbe edilmeden önce sıvı bir numuneyi tamamen buharlaştırır. Bu, analitenin sadece çözücü buharı ve lifin kaplanması arasında bölünmesine izin verir, analitenin daha fazlasının elyaf üzerine adsorbe edilmesine izin verir ve iyi hassasiyetle sonuçlanır³. Çeşitli SPME lifleri mevcuttur ve lif ilgi, çözücü / matris ve derivatizasyon maddesi analitine göre seçilmelidir. Yerleşik TV-SPME analizleri için Tablo 1'e bakın.

örnek	Analitler	Önerilen SPME Fiber	Başvurular
İnsan Saçı	Nikotin, cotinine	Polidimetilsiloksina/divinylbenzene (PDMS/DVB), poliakrilat (PA)	3
Dumansız Toz	Nitrogliserin, difensilamin	Polidimetilsiloksan (PDMS), polietilen glikol (PEG)	7, 8
Yarış yakıtı	Metanol, nitrometan	pim	9
Su	Polisiklik aromatik hidrokarbonlar	PDMS	10
Içecek -ler	ɣ-Hidroksibütirik asit, ɣ-bütirolactone	PDMS	Bu Çalışma
Katı Toz	Metamfetamin, amfetamin	PDMS/DVB	yayımlanmamış

Tablo 1. Yerleşik TV-SPME analizleri ile önerilen SPME lifleri.

TV-SPME gerçekleştirmek için, analizler bir çözücüde çözülür ve bu karışımın bir aliquot'u bir kafa boşluğu şişesine yerleştirilir. Sadece çözücü ve uçucu analitler buharlaşacağından numunelerin filtre edilmesi gerekmez. Numunenin toplam buharlaşmasını sağlamak için belirli hacimlerde sıvı numuneler kullanılmalıdır. Bu hacimler, sıvının azı dişi hacmi ile çarpılan bir çözücünün ben sayısını hesaplamak için İdeal Gaz Kanunu kullanılarak belirlenir (Denklem 1).
Denklem 1

burada V_o numunenin (mL) hacmidir, P çözücünün (çubuk) buhar basıncıdır, V_v şişenin (L) hacmidir, R ideal gaz sabitidir (0.083145 ), M çözücünün molar kütlesi (g/mol), T sıcaklıktır (K) ve çözücünün (g/mL) yoğunluğudur. ³

Doğru buhar basıncını kullanmak için, sıcaklığın etkisini hesaba katmak için Antoine denklemi (Denklem 2) kullanılır:⁴
Denklem 2

burada T sıcaklıktır ve A, B ve C çözücü için Antoine sabitleridir. Denklem 2 Denklem 1'e değiştirilebilir ve şu şekilde sonuç verebilir:
Denklem 3

Denklem 3, kullanılan sıcaklık ve çözücünün bir işlevi olarak tamamen buharlaştırılabilen numunenin (V_o)hacmini verir.

TV-SPME ile türetme gerçekleştirmek için, SPME fiberi ilk olarak analit bağlı olarak önceden belirlenmiş bir süre için türetme maddesini içeren bir şişeye maruz kalır. SPME lifi daha sonra ilgi analitini içeren yeni bir şişeye maruz kalır. Bu şişe ısıtılmış bir karıştırıcının içinde ısıtılır. Analit daha sonra türetme maddesi ile lif üzerine adsorbe edilir. Analit ve/veya matrisin türetilmesi, GC girişine emilmeden önce lif üzerinde gerçekleşir. Şekil 1, TV-SPME işleminin türetme ile bir tasvirini göstermektedir.

Şekil 1: TV-SPME sürecinin türetme ile tasviri. SPME lifi ilk olarak derivatizasyon maddesinin (sarı daireler) lif üzerine çöktüğü derivatizasyon şişesine girer. Lif daha sonra numuneye (mavi daireler) tanıtılır ve ısıtılır. Türevin (yeşil daireler) oluşumu ekstraksiyon süresi boyunca lif üzerinde gerçekleşir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

TV-SPME faydalıdır, çünkü analiz süresini azaltan ekstraksiyon işlemi sırasında analitenin türetilmesini sağlar. Sıvı enjeksiyonu gibi diğer yöntemler, analitenin GC'ye enjekte edilmeden önce çözeltideki derivatize edici madde ile reaksiyona girmesini gerektirir. TV-SPME ayrıca çok az veya hiç numune hazırlığı gerektirmez. Analit içeren bir matris doğrudan kafa boşluğu şişesine yerleştirilecek ve analiz edilebilir. Birçok ilgi çekici bileşikLER TV-SPME ile uyumludur. Bileşikler bir çözücüde çözünür ve buharlaşmaya izin vermek için yeterince uçucu olmalıdır. Ek olarak, bileşiklerin GC-MS tarafından analiz edilebilmesi için termal olarak kararlı olması gerekir. TV-SPME uyuşturucu ve ilaç metabolitleri, yarış yakıtları, polisiklik aromatik hidrokarbonlar ve patlayıcı maddeler³, 5^,6,^7,8^,9,10analiz etmek için kullanılmıştır.

Protokol

1. Genel TV-SPME numune hazırlama ve GC-MS analizi

NOT: Örnek zaten bir matriste çözülmüşse, Adım 1.2'ye atlayın.

1. Katı numuneyi istenen konsantrasyona ulaşmak için yeterli çözücüde (su, metanol, aseton vb.) çıkarın veya çözün. Sıvı numuneler "olduğu gibi" kullanılabilir.
   NOT: Kullanılan katı numune miktarı, numunenin istenen konsantrasyonuna bağlıdır. GC sütununun aşırı yüklenmesini önlemek için 1 ppm'in (w/v) altındaki konsantrasyonlar önerilir. Analit seçilen organik çözücüde çözünür olmalıdır.
   1. Numunenin tamamen çözüldüğüne emin olun.
2. Seçilen sıcaklıkta Denklem 3'i kullanarak numuneyi tamamen buharlaştırmak için gereken hacmi hesaplayın. Örneğin, deney 60 °C'de yapılacaksa, çözücüyü 60 °C'de tamamen buharlaştırmak için gereken hacmi hesaplayın.
   1. Bu örnek hacmi bir kafa boşluğu şişesine aktarın ve kapağı sabitleyin. Sıvı numunelerin mikroliter ölçeğinde aktarılması için kabul edilebilir yöntemler arasında cam şırınga, elektronik cam şırınga veya numune hazırlama için sıvı transferi yapabilen bir otomatik örnekleme robotu manuel olarak bulunur.
3. Örneği türetirseniz, aracıyı bir kafa boşluğu şişesine ~1 mL yerleştirerek uygun türetme maddesini hazırlayın.
   1. Gerekli türetme türüne göre derivatizasyon maddesini seçin: alkilasyon, akilasyon veya silyasyon. Bu durumda, GHB'de bulunan karboksilik asit ve alkol fonksiyonel grupları için önerilen derivatizasyon ajanı O-bis (trimetilsilyl) trifluoroasetamiddir (BSTFA). Derivatizasyon aracısı "olduğu gibi" kullanılabilir ve seyreltme gerektirmez. SPME fiberinin tam doygunluğunu sağlamak için bir mL türetme maddesi yeterlidir.
      DİkKAT: Derivatizasyon ajanları toksiktir ve duman kaputunda ele alınmalıdır.
4. 1.2. adımdaki hesaplamaya göre uygun inkübasyon/ekstraksiyon sıcaklığını ayarlayın. Bu sıcaklık toplam buharlaşma, yeterli numune ekstraksiyonu ve tam türetme sağlar (gerekirse).
   1. İlgi çekici bileşiklerin sınıfına göre GC-MS parametrelerini (fırın sıcaklığı programı, akış hızı, giriş sıcaklığı vb.) seçin. Örnek parametre kümesi için Adım 3'e bakın.
   2. Uygun giriş astarının (örneğin, 2 mm iç çap veya daha az) GC girişinde olduğundan emin olun.
5. Analize başlamadan önce SPME fiberinin düzgün bir şekilde koşullandırılmış olduğundan ve iyi çalıştığından emin olun.
   1. Kullanılan SPME fiberin türüne göre koşullandırma parametrelerini değiştirin. Uygun şartlandırma sıcaklığı ve zamanı için lütfen SPME fiber talimatlarına bakın. Genel olarak, birkaç SPME fiber boşluğu tekrarlanabilir olana kadar analiz etmek, bir SPME fiberi tam olarak koşullandırılmış olarak nitelendirmek için yeterlidir.

2. Gama-hidroksibutirat (GHB) ve Gama-bütirotirol akton (GBL) numune hazırlama

1. 1 ppm'den daha az konsantrasyonda suda GHB ve/veya GBL örneği hazırlayın.
2. Bu numunenin 1 μL'lik kısmını 1.2.1'de açıklanan yöntemlerden birini kullanarak 20 mL kafa boşluğu şişesine aktarın.
   1. Sulu örneklerin analizinin en düşük örnek hacimlerini gerektirdiğini unutmayın. Örneğin, bir μL su 60 °C'de 20 mL kafa boşluğu şişesine tamamen buharlaşacaktır.
   2. Şişeyi hemen kapla.
3. ~1 mL BSTFA + %1 trimetilchlorosilane (TMCS) değerini ayrı bir 20 mL kafa boşluğu şişesine ve kapağına yerleştirin.
   NOT: GBL türetmez. Bununla birlikte, bir türetme adımı hala gereklidir, su çözücünün numuneyi türetmesini ve engellememesini sağlamaktır.
   DİkKAT: BSTFA toksiktir ve duman kaputunda ele alınmalıdır.

3. GC-MS parametreleri ve sudaki GHB ve GBL kurulumu

1. Aşağıdaki GC-MS parametrelerini kullanarak bir yöntem oluşturun:
   İlk fırın sıcaklığı: 1 dakika boyunca tutulan 60 °C.
   Fırın programı: 15 °C/dakika.
   Son fırın sıcaklığı: 280 °C, 1 dakika bekletilir.
   Akış hızı: 2,5 mL/dakika (0,25 mm'lik bir i.d. sütun için hız için optimize edilmiş akış).
   Giriş sıcaklığı: 250 °C.
   Transfer hattı sıcaklığı: 280 °C.
2. GC giriş içine dar (2 mm i.d. veya daha az) SPME giriş astarı yerleştirildiğından emin olun.
3. PDMS/DVB SPME fiberinin analizden önce uygun şekilde koşullandırıldığından ve iyi çalıştığından emin olun.
   NOT: PDMS/DVB SPME lifleri 30 dakika boyunca 250 °C'de GC girişinde koşullandırılmalıdır. PDMS/DVB SPME lifleri beyaz olmayan bir renk olmalıdır.
4. Örnekte GC-MS'i çalıştırın.

Sonuçlar

TV-SPME'nin kafa boşluğu ve daldırma SPME ile karşılaştırıldığında hassasiyetini göstermek için GBL hacim çalışması yapıldı. Sudaki 100ppm_v GBL örneği hazırlandı ve 1, 3, 10, 30, 100, 300, 1000, 3000 ve 10.000 μL hacimli 20 mL kafa boşluğu şişelerine yerleştirildi. TV-SPME (1-3 μL), Headspace SPME (10 – 3.000 μL) ve Daldırma SPME (10.000 μL) için izin verilen numunelerin faz oranı. Tüm örnekler üç taraflı olarak analiz edildi ve ortalama tepe alanı örnek hacimle çiz...

Tartışmalar

TV-SPME'nin sıvı enjeksiyon GC'sine göre bazı faydaları vardır, bu büyük numune boyutları (örneğin, 100 μL) cihaz modifikasyonu olmadan kullanılabilir. TV-SPME ayrıca headspace SPME ile aynı avantajlardan bazılarına sahiptir. Headspace SPME herhangi bir ekstraksiyon veya filtrasyon gerektirmez, çünkü herhangi bir kalıcı bileşik kafa boşluğu şişesinde kalacak ve fiber üzerine adsorbe edilerek temiz bir numune elde edilecektir. Bu yöntem ayrıca, standart headspace SPME gibi üç fazlı bir sis...

Malzemeler

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