Name: gas chromatography-mass spectrometry paired with total vaporization solid-phase microextraction as a forensic tool
Uploaded: 2021-05-25T13:00:00
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Questa ricerca è stata sostenuta dal National Institute of Justice (Premio n. 2015-DN-BX-K058 & 2018-75-CX-0035). Le opinioni, i risultati e le conclusioni qui espressi sono quelli dell'autore e non riflettono necessariamente quelli delle organizzazioni di finanziamento.

1. Preparazione generale del campione TV-SPME e analisi GC-MS
NOTA: se il campione è già sciolto in una matrice, passare al passaggio 1.2.
<ol><li>Estrarre o sciogliere il campione solido in un solvente sufficiente (acqua, metanolo, acetone, ecc.) per raggiungere la concentrazione desiderata. I campioni liquidi possono essere utilizzati "così com'è". NOTA: La quantità di campione solido utilizzato dipende dalla concentrazione desiderata del campione. Si raccomandano concentrazioni in...

<ol>
	<li>Pawliszyn, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+and+Device+for+Solid+Phase+Microextraction+and+Desorption.">Method and Device for Solid Phase Microextraction and Desorption.</a> United States patent. , (2005).</li><li>Pawliszyn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Solid phase microextraction: theory and practice. , (1997).</li><li>Rainey, C. L., Bors, D. E., Goodpaster, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+optimization+of+a+total+vaporization+technique+coupled+to+solid-phase+microextraction.">Design and optimization of a total vaporization technique coupled to solid-phase microextraction.</a> Analytical Chemistry. 86 (22), 11319-11325 (2014).</li><li>Sinnott, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemical Engineering Design: Chemical Engineering. 6, (2005).</li><li>Davis, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Detection of Illicit Drugs in Various Matrices Via Total Vaporization Solid-Phase Microextraction (TV-SPME). , (2019).</li><li>Ash, J., Hickey, L., Goodpaster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+identification+of+novel+derivatives+of+primary+amine+and+zwitterionic+drugs.">Formation and identification of novel derivatives of primary amine and zwitterionic drugs.</a> Forensic Chemistry. 10, 37-47 (2018).</li><li>Sauzier, G., Bors, D., Ash, J., Goodpaster, J. V., Lewis, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimisation+of+recovery+protocols+for+double-base+smokeless+powder+residues+analysed+by+total+vaporisation+(TV)+SPME/GC-MS.">Optimisation of recovery protocols for double-base smokeless powder residues analysed by total vaporisation (TV) SPME/GC-MS.</a> Talanta. 158, 368-374 (2016).</li><li>Bors, D., Goodpaster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+smokeless+powder+residue+on+PVC+pipe+bomb+fragments+using+total+vaporization+solid+phase+microextraction.">Mapping smokeless powder residue on PVC pipe bomb fragments using total vaporization solid phase microextraction.</a> Forensic science international. 276, 71-76 (2017).</li><li>Bors, D., Goodpaster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+analysis+of+racing+fuels+using+total+vaporization+and+gas+chromatography+mass+spectrometry+(GC/MS).">Chemical analysis of racing fuels using total vaporization and gas chromatography mass spectrometry (GC/MS).</a> Analytical Methods. 8 (19), 3899-3902 (2016).</li><li>Beiranvand, M., Ghiasvand, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+optimization+of+the+VA-TV-SPME+method+for+ultrasensitive+determination+of+the+PAHs+in+polluted+water.">Design and optimization of the VA-TV-SPME method for ultrasensitive determination of the PAHs in polluted water.</a> Talanta. 212, 120809 (2020).</li></ol>

TV-SPME ha alcuni vantaggi rispetto al GC di iniezione di liquidi in quanto grandi dimensioni del campione (ad esempio, 100 μL) possono essere utilizzate senza modifiche dello strumento. TV-SPME ha anche alcuni degli stessi vantaggi di headspace SPME. Headspace SPME non richiede alcuna estrazione o filtrazione perché eventuali composti non volatili rimarranno nella fiala dello spazio della testa e non verranno adsorbiti sulla fibra, producendo un campione pulito. Questo metodo aiuta anche ad eliminare gli effetti della...

La microesportazione a fase solida (SPME) è una tecnica di campionamento in cui un campione liquido o solido viene posto in una fiala headspace e una fibra SPME, rivestita con un materiale polimerico, viene quindi introdotta nello spazio della testa del campione (o immersa in un campione liquido). L'alita viene assorbito sulla fibra e quindi la fibra viene posta all'interno dell'ingresso GC per il desorbimento1,2. La microestrazione a fase solida di vaporizzazione totale (TV-SPME) è una tecnica simile a quello dell'immersione SPME, ma vaporizza completamente un campione liquido prima che gli aliti siano adsorbiti sulla fibra. Ciò consente di partizionare l'alita solo tra il vapore solvente e il rivestimento della fibra, consentendo di adsorbire più dell'alita sulla fibra e con conseguente buona sensibilità3. Sono disponibili varie fibre SPME e la fibra deve essere scelta in base all'alita di interesse, solvente / matrice e agente di derivazione. Cfr. tabella 1 per gli aliti TV-SPME consolidati.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>campione</td>
			<td>Aaliti</td>
			<td>Fibra SPME consigliata</td>
			<td>Riferimenti</td>
		</tr>
<tr>
<td>Capelli umani</td>
			<td>Nicotina, cotinina</td>
			<td>Polidimetilsilossano/diviniilbenzene (PDMS/DVB), poliacrilato (PA)</td>
			<td>3</td>
		</tr>
<tr>
<td>Polvere senza fumo</td>
			<td>Nitroglicerina, difenilammina</td>
			<td>Polidimetilsilossano (PDMS), polietilene glicole (PEG)</td>
			<td>7, 8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Carburante da corsa</td>
			<td>Metanolo, nitrometano</td>
			<td>piolo</td>
			<td>9</td>
		</tr>
<tr>
<td>Acqua</td>
			<td>Idrocarburi aromatici policiclici</td>
			<td>Pdms</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>bevande</td>
			<td>ɣ-idrossibutirrico, ɣ-butirrolattone</td>
			<td>Pdms</td>
			<td>Questo lavoro</td>
		</tr>
<tr>
<td>Polvere solida</td>
			<td>Metanfetamina, anfetamina</td>
			<td>PDMS/DVB</td>
			<td>inedito</td>
		</tr>
</tbody></table>La tabella 1. Fibre SPME consigliate con aliti TV-SPME affermati.
Per eseguire TV-SPME, gli aliti vengono sciolti in un solvente e un'aliquota di questa miscela viene posta in una fiala headspace. I campioni non devono essere filtrati perché solo il solvente e gli aliti volatili vaporizzeranno. Per garantire la vaporizzazione totale del campione devono essere utilizzati volumi specifici di campioni liquidi. Questi volumi sono determinati usando la legge del gas ideale per calcolare il numero di talpe di un solvente moltiplicato per il volume molare del liquido (Equazione 1). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ01.jpg"> Equazione 1
dove Vo è il volume del campione (mL), P è la pressione di vapore del solvente (bar), Vv è il volume del flaconcino (L), R è la costante di gas ideale (0,083145), M è la <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ04.jpg"> massa molare del solvente (g/mol), T è temperatura (K), ed <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ05.jpg"> è la densità del solvente (g/mL). 3 la commissione per i
Per usare la pressione di vapore corretta, l'equazione di Antoine (Equazione 2) è usata per tenere conto dell'influenza della temperatura:4 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ02.jpg"> Equazione 2
dove T è temperatura e A, B e C sono le costanti di Antoine per il solvente. L'equazione 2 può essere sostituita nell'equazione 1, producendo: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ03v2.jpg"> Equazione 3
L'equazione 3 fornisce il volume del campione (Vo) che può essere completamente vaporizzato in funzione della temperatura e del solvente utilizzato.
Per eseguire la derivazione con TV-SPME, la fibra SPME viene prima esposta a un flaconcino contenente l'agente di derivazione per un periodo di tempo predeterminato a seconda dell'anale. La fibra SPME viene quindi esposta a una nuova fiala contenente l'anale di interesse. Questa fiala viene riscaldata all'interno di un agitatore riscaldato. L'alita viene quindi adsorbito sulla fibra con l'agente di derivazione. La derivazione dell'alita e/o della matrice avviene sulla fibra prima di essere inserita nell'ingresso GC per il desorbimento. La figura 1 mostra una rappresentazione del processo TV-SPME con derivazione.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61880/61880fig01.jpg"> Figura 1: Rappresentazione del processo TV-SPME con derivazione. La fibra SPME entra prima nel flaconcino di derivazione dove l'agente di derivazione (cerchi gialli) si assorbe sulla fibra. La fibra viene quindi introdotta nel campione (cerchi blu) e riscaldata. La formazione della derivata (cerchi verdi) avviene sulla fibra durante il tempo di estrazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61880/61880fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
TV-SPME è utile perché consente di derivare l'alita durante il processo di estrazione, riducendo i tempi di analisi. Altri metodi, come l'iniezione di liquido, richiedono che l'alita reagisca con l'agente derivatista in soluzione prima di essere iniettato nel GC. TV-SPME richiede anche poca o nessuna preparazione del campione. Una matrice contenente un anale può essere posizionata direttamente nel flaconcino dello spazio di testa e analizzata. Molti composti di interesse sono compatibili con TV-SPME. I composti devono essere solubili in un solvente e sufficientemente volatili da consentire la vaporizzazione. Inoltre, i composti devono essere termicamente stabili per essere analizzati da GC-MS. TV-SPME è stato utilizzato per analizzare farmaci e metaboliti di farmaci, carburanti da corsa, idrocarburi aromatici policiclici e materiali esplosivi3,5,6,7,8,9,10.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>10 &#181;L Syringe</td>
			<td>Gerstel</td>
			<td>100111-014-00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSTFA + 1% TMCS (10 x 1 GM)</td>
			<td>Regis Technologies Inc.</td>
			<td>50442882</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>eVol XR Sample Dispensing System Kit</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>66002-024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td><img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ06.jpg" />-Butyrolactone (GBL)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B103608-26G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td><img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ06.jpg" />-Hydroxy Butyric Acid (GHB)</td>
			<td>Cayman Chemicals</td>
			<td>9002506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headspace Screw-Thread Vials, 18 mm</td>
			<td>Restek</td>
			<td>23083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Screw-Thread Caps, 18 mm</td>
			<td>Restek</td>
			<td>23091</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima water for HPLC</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>W71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Supelco</td>
			<td>57341-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene (PDMS/DVB)</td>
			<td>Supelco</td>
			<td>57293-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Topaz 2.0 mm ID Straight Inlet Liner</td>
			<td>Restek</td>
			<td>23313</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gas chromatography-mass spectrometry paired with total vaporization solid-phase microextraction as a forensic tool

Gas Cromatografia - La Spettrometria di Massa (GC-MS) è una tecnica frequentemente utilizzata per l'analisi di numerosi aliti di interesse forense, tra cui sostanze controllate, liquidi infiammabili ed esplosivi. GC-MS può essere accoppiato con la microesportione a fase solida (SPME), in cui una fibra con un rivestimento sorptivo viene posizionata nello spazio della testa sopra un campione o immersa in un campione liquido. Gli aliti vengono assorbiti sulla fibra che viene quindi posta all'interno dell'ingresso GC riscaldato per il desorbimento. Total Vaporization Solid-Phase Microextraction (TV-SPME) utilizza la stessa tecnica dell'immersione SPME ma immerge la fibra in un estratto di campione completamente vaporizzato. Questa completa vaporizzazione si traduce in una partizione tra solo la fase di vapore e la fibra SPME senza interferenze da una fase liquida o da qualsiasi materiale insolubile. A seconda del punto di ebollizione del solvente utilizzato, TV-SPME consente grandi volumi di campioni (ad esempio, fino a centinaia di microlitri). La derivazione on-fiber può essere eseguita anche utilizzando TV-SPME. TV-SPME è stato utilizzato per analizzare i farmaci e i loro metaboliti nei capelli, nelle urine e nella saliva. Questa semplice tecnica è stata applicata anche a droghe di strada, lipidi, campioni di carburante, residui esplosivi post-esplosione e inquinanti nell'acqua. Questo documento evidenzia l'uso di TV-SPME per identificare adulteranti illegali in campioni molto piccoli (quantità di microliter) di bevande alcoliche. Sia il gamma-idrossibutirrato (GHB) che il gamma-butyrolattone (GBL) sono stati identificati a livelli che si sarebbero trovati nelle bevande a spillo. La derivazione da parte di un agente trimetilsilil permise la conversione della matrice acquosa e del GHB nei loro derivati TMS. Nel complesso, TV-SPME è facile, veloce e non richiede alcuna preparazione del campione oltre a posizionare il campione in una fiala headspace.

È stato eseguito uno studio sul volume GBL per dimostrare la sensibilità di TV-SPME rispetto allo spazio della testa e all'immersione SPME. Un campione da 100 mv di GBL in acqua è stato preparato e collocato in flaconcini headspace da 20 mL con volumi di 1, 3, 10, 30, 100, 300, 1000, 3000 e 10.000 μL. Il rapporto di fase dei campioni consentito per TV-SPME (1-3 μL), Headspace SPME (10 – 3.000 μL) e Immersion SPME (10.000 μL). Tutti i campioni sono stati analizzati in triplice copia e l'area media di p...

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Gas Chromatography-Mass Spectrometry Paired with Total Vaporization Solid-Phase Microextraction as a Forensic Tool

La microestrazione a fase solida di vaporizzazione totale (TV-SPME) vaporizza completamente un campione liquido mentre gli aliti vengono assorbiti su una fibra SPME. Ciò consente di partizionare l'alita solo tra il vapore solvente e il rivestimento in fibra SPME.

Gas cromatografia-spettrometria di massa abbinata alla microestrazione a fase solida di vaporizzazione totale come strumento forense

Gas Chromatography &#8211; Mass Spectrometry (GC-MS) is a frequently used technique for the analysis of numerous analytes of forensic interest, including ...

Il protocollo TV-SPME è significativo perché può analizzare una vasta gamma di campioni, tra cui farmaci, carburanti da corsa, materiali esplosivi e idrocarburi aromatici policiclici. Non è necessaria alcuna filtrazione perché solo gli aliti volatili vaporizzeranno. Quindi è possibile analizzare campioni sporchi o sospensioni.Possono essere utilizzate matrici molto semplici, inclusi solventi organici o acquosi. Il principale vantaggio della tecnica TV-SPME è la sua elevata sensibilità. TV-SPME dimostra una migliore sensibilità rispetto all'iniezione di liquido standard, allo spazio di testa SPME e all'immersione SPME.TV-SPME ha anche il vantaggio di utilizzare grandi volumi di campioni senza alcuna modifica alla strumentazione GC. TV-SPME è una tecnica molto semplice da eseguire. La difficoltà principale deriva dal garantire che sia stato consegnato il volume corretto.L'uso di piccole siringhe manuali o elettroniche può aiutare, oltre a prendersi il tempo durante il campionamento. Può anche essere difficile garantire che la fibra mantenga il suo rivestimento, quindi le fibre devono essere monitorate attentamente per la degradazione. La dimostrazione visiva è fondamentale perché sono necessarie manipolazioni manuali e robotiche per avere successo.Per iniziare, estrarre o sciogliere il campione solido in un solvente sufficiente per raggiungere la concentrazione desiderata. Dopo aver assicurarsi che il campione sia completamente sciolto, calcolare il volume necessario per vaporizzarlo completamente alla temperatura scelta. Trasferire il volume del campione in una fiala headspace e fissare il cappuccio.Se si deriva il campione, preparare l'agente di derivazione corretto posizionando circa un millilitro dell'agente in una fiala dello spazio della testa. Impostare la temperatura di incubazione ed estrazione corretta, garantendo la vaporizzazione totale, l'estrazione sufficiente del campione e la completa derivazione. Selezionare i parametri GC-MS in base alla classe dei composti di interesse.Assicurarsi che il rivestimento di ingresso corretto si trova nell'ingresso GC e che la fibra SPME sia stata adeguatamente condizionata ed è in buone condizioni prima di iniziare l'analisi. Preparare un campione di gamma-idrossibutirrato o gamma-butyrolattone in acqua, con una concentrazione inferiore a una parte per milione. Trasferire un microlitro del campione su una fiala headspace da 20 millilitri e limitare immediatamente il flaconcino.Posizionare un millilitro di BSTFA con 1%trimetilosilano in una fiala separata dello spazio della testa di 20 millilitri e coprirla. Creare un metodo GC-MS impostando la temperatura iniziale del forno a 60 gradi Celsius per un minuto, il programma del forno a 15 gradi al minuto, la temperatura finale del forno a 280 gradi per un minuto, la portata a 2,5 millilitri al minuto e le temperature di ingresso e di trasferimento della linea rispettivamente a 250 e 280 gradi. Assicurarsi che all'interno dell'ingresso GC sia stato posizionato uno stretto rivestimento di ingresso SPME e che la fibra SPME PDMS/DVB sia stata adeguatamente condizionata ed è in buone condizioni di funzionamento.Eseguire quindi gc-ms nell'esempio. È stato eseguito uno studio sul volume GBL per dimostrare la sensibilità di TV-SPME rispetto allo spazio della testa e all'immersione SPME. Nel complesso, i volumi di campioni che consentivano tv-SPME dimostravano una maggiore sensibilità rispetto all'headspace o all'immersione SPME per GBL in acqua.Qui viene mostrato un confronto dei cromatogrammi per ogni metodo. Sono stati analizzati campioni di vino con una dose efficace di GHB e GBL. Questi campioni mostrano anche l'interconversione di GBL e GHB.Quando la TV-SPME viene eseguita correttamente, si osserva un forte picco abbondante. TV-SPME ha un'elevata sensibilità. Pertanto, devono essere utilizzate concentrazioni adeguate per non sovraccaricare la colonna.L'asimmetria di picco si verifica quando sono presenti alte concentrazioni. In questi casi, diluire il campione o utilizzare un'iniezione divisa può migliorare la forma del picco. Tv-SPME potrebbe essere abbinato alla cromatografia liquida, che amplierebbe drasticamente la gamma di aliti rilevabili.

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