Name: gas chromatography-mass spectrometry paired with total vaporization solid-phase microextraction as a forensic tool
Uploaded: 2021-05-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Gas Chromatography-Mass Spectrometry Paired with Total Vaporization Solid-Phase Microextraction as a Forensic Tool at JoVE.com

Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto Nacional de Justiça (Prêmio nº 2015-DN-BX-K058 & 2018-75-CX-0035). As opiniões, achados e conclusões aqui expressas são do autor e não refletem necessariamente as das organizações financiados.

1. Preparação geral da amostra de TV-SPME e análise de GC-MS
NOTA: Se a amostra já estiver dissolvida em uma matriz, pule para o Passo 1.2.
<ol><li>Extrair ou dissolver a amostra sólida em solvente suficiente (água, metanol, acetona, etc.) para alcançar a concentração desejada. Amostras líquidas podem ser usadas "como está". NOTA: A quantidade de amostra sólida utilizada depende da concentração desejada da amostra. Concentrações abaixo de 1 ppm (c/v) são recomendadas para...

<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>

A TV-SPME tem alguns benefícios sobre a injeção líquida GC em que grandes tamanhos de amostra (por exemplo, 100 μL) podem ser usados sem modificações de instrumentos. A TV-SPME também tem alguns dos mesmos benefícios que o HEADSpace SPME. O SPME do headspace não requer nenhuma extração ou filtragem porque quaisquer compostos não ativos permanecerão no frasco do headspace e não serão adsorvidos na fibra, produzindo uma amostra limpa. Este método também ajuda a eliminar os efeitos da matriz devido a este ...

A Microextração de Fase Sólida (SPME) é uma técnica de amostragem na qual uma amostra líquida ou sólida é colocada em um frasco de espaço para a cabeça e uma fibra SPME, revestida com um material polimérico, é então introduzida no headspace da amostra (ou imersa em uma amostra líquida). O analito é sorbado sobre a fibra e, em seguida, a fibra é colocada dentro da entrada GC para desorção1,2. A Microextração de Fase Sólida (TV-SPME) é uma técnica semelhante à spme de imersão, mas vaporiza completamente uma amostra líquida antes que os analitos sejam adsorvidos na fibra. Isso permite particionamento do analito entre apenas o vapor solvente e o revestimento da fibra, permitindo que mais do analito seja adsorvida na fibra e resultando em boa sensibilidade3. Existem várias fibras SPME disponíveis e a fibra deve ser escolhida com base no analito de interesse, solvente/matriz e agente de derivatização. Consulte a Tabela 1 para analitos de TV-SPME estabelecidos.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>amostra</td>
			<td>Analyte</td>
			<td>Fibra SPME recomendada</td>
			<td>Referência(s)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Cabelo Humano</td>
			<td>Nicotina, cotinina</td>
			<td>Polidimethylsiloxano/divinylbenzeno (PDMS/DVB), poliacrilato (PA)</td>
			<td>3</td>
		</tr>
<tr>
<td>Pó sem fumo</td>
			<td>Nitroglicerina, difenilamina</td>
			<td>Polidimimetilsiloxano (PDMS), polietileno glicol (PEG)</td>
			<td>7, 8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Combustível de corrida</td>
			<td>Metanol, nitrometano</td>
			<td>gancho</td>
			<td>9</td>
		</tr>
<tr>
<td>Água</td>
			<td>Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos</td>
			<td>PDMS</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bebidas</td>
			<td>ɣ-ácido hidroxibutírico, ɣ-butyrolactona</td>
			<td>PDMS</td>
			<td>Este Trabalho</td>
		</tr>
<tr>
<td>Pó Sólido</td>
			<td>Metanfetamina, anfetamina</td>
			<td>PDMS/DVB</td>
			<td>inédito</td>
		</tr>
</tbody></table>Mesa 1. Fibras SPME recomendadas com analitos de TV-SPME estabelecidos.
Para realizar a TV-SPME, os analitos são dissolvidos em um solvente e uma alíquota dessa mistura é colocada em um frasco de headspace. As amostras não precisam ser filtradas porque apenas os analitos solventes e voláteis vaporizarão. Devem ser utilizados volumes específicos de amostras líquidas para garantir a vaporização total da amostra. Esses volumes são determinados utilizando-se a Lei do Gás Ideal para calcular o número de mols de um solvente multiplicado pelo volume molar do líquido (Equação 1). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ01.jpg"> Equação 1
onde Vo é o volume da amostra (mL), P é a pressão de vapor do solvente (barra), Vv é o volume do frasco (L), R é a constante de gás ideal (0,083145 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ04.jpg"> ), M é a massa molar do solvente (g/mol), T é temperatura (K), e é a densidade do <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ05.jpg"> solvente (g/mL). 3
Para usar a pressão correta do vapor, a equação de Antoine (Equação 2) é usada para explicar a influência da temperatura:4 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ02.jpg"> Equação 2
onde T é temperatura e A, B e C são as constantes antoine para o solvente. A equação 2 pode ser substituída na Equação 1, rendendo: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ03v2.jpg"> Equação 3
A equação 3 dá o volume da amostra (Vo) que pode ser completamente vaporizado em função da temperatura e do solvente utilizado.
Para realizar a derivatização com TV-SPME, a fibra SPME é primeiramente exposta a um frasco contendo o agente de derivatização por um período de tempo predeterminado, dependendo do analito. A fibra SPME é então exposta a um novo frasco contendo o analito de interesse. Este frasco é aquecido dentro de um agitador aquecido. O analito é então adsorvido na fibra com o agente de derivatização. A derivatização do analito e/ou da matriz ocorre na fibra antes de ser inserida na entrada gc para desabedação. A Figura 1 mostra uma representação do processo TV-SPME com derivatização.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61880/61880fig01.jpg"> Figura 1: Representação do processo TV-SPME com derivatização. A fibra SPME entra primeiro no frasco de derivatização onde o agente de derivatização (círculos amarelos) sorb sobre a fibra. A fibra é então introduzida à amostra (círculos azuis) e aquecida. A formação do derivado (círculos verdes) ocorre na fibra durante o tempo de extração. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61880/61880fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A TV-SPME é benéfica porque permite que o analito seja derivado durante o processo de extração, o que reduz o tempo de análise. Outros métodos, como a injeção líquida, exigem que o analito reaja com o agente derivatante em solução antes de ser injetado no GC. A TV-SPME também requer pouca ou nenhuma preparação amostral. Uma matriz contendo um analito pode ser colocada diretamente no frasco do espaço para a cabeça e analisada. Muitos compostos de interesse são compatíveis com TV-SPME. Os compostos devem ser solúveis em um solvente e suficientemente voláteis para permitir a vaporização. Além disso, os compostos devem ser termicamente estáveis a serem analisados pelo GC-MS. A TV-SPME tem sido usada para analisar drogas e metabólitos de drogas, combustíveis de corrida, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e materiais explosivos3,5,6,7,8,9,10.

<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

Cromatografia gasosa – Espectrometria de Massa (GC-MS) é uma técnica frequentemente utilizada para a análise de numerosos analitos de interesse forense, incluindo substâncias controladas, líquidos inflamáveis e explosivos. O GC-MS pode ser acoplado à Microextração de Fase Sólida (SPME), na qual uma fibra com revestimento sorptivo é colocada no espaço da cabeça acima de uma amostra ou imersa em uma amostra líquida. Os analitos são sorbados sobre a fibra que é então colocada dentro da entrada aquecida gc para desorção. A Microextração de Fase Sólida (TV-SPME) utiliza a mesma técnica do SPME de imersão, mas imergi a fibra em um extrato de amostra completamente vaporizado. Esta vaporização completa resulta em uma divisória entre apenas a fase de vapor e a fibra SPME sem interferência de uma fase líquida ou quaisquer materiais insolúveis. Dependendo do ponto de ebulição do solvente utilizado, a TV-SPME permite grandes volumes de amostra (por exemplo, até centenas de microliters). A derivatização on-fiber também pode ser realizada utilizando TV-SPME. A TV-SPME tem sido usada para analisar drogas e seus metabólitos em cabelo, urina e saliva. Esta técnica simples também tem sido aplicada a drogas de rua, lipídios, amostras de combustível, resíduos explosivos pós-explosão e poluentes na água. Este artigo destaca o uso de TV-SPME para identificar adúlteros ilegais em amostras muito pequenas (quantidades de microliteres) de bebidas alcoólicas. Tanto o gama-hidroxibutirato (GHB) quanto o gama-butyrolactona (GBL) foram identificados em níveis que seriam encontrados em bebidas espetadas. A derivação por um agente trimetilsilyl permitiu a conversão da matriz aquosa e GHB em seus derivados TMS. No geral, a TV-SPME é rápida, fácil e não requer preparação de amostra, além de colocar a amostra em um frasco de headspace.

Foi realizado um estudo de volume GBL para demonstrar a sensibilidade da TV-SPME em comparação com o headspace e a imersão SPME. Uma amostra de 100ppmv de GBL na água foi preparada e colocada em frascos de headspace de 20 mL com volumes de 1, 3, 10, 30, 100, 300, 1000, 3000 e 10.000 μL. A razão de fase das amostras permitida para TV-SPME (1-3 μL), Headspace SPME (10 – 3.000 μL) e Imersão SPME (10.000 μL). Todas as amostras foram analisadas em triplicado e a área média de pico foi traçada em rela...

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

A Microextração de Fase Sólida de Vaporização Total (TV-SPME) vaporiza completamente uma amostra líquida enquanto os analitos são sorbados em uma fibra SPME. Isso permite a particionamento do analito entre apenas o vapor solvente e o revestimento de fibra SPME.

Espectrometria de massa de cromatografia a gás emparelhada com microextração de fase sólida de vaporização total como ferramenta forense

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

O protocolo TV-SPME é significativo porque pode analisar uma ampla gama de amostras, incluindo drogas, combustíveis de corrida, materiais explosivos e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Nenhuma filtragem é necessária porque apenas analitos voláteis vaporizarão. Assim, amostras sujas ou suspensões podem ser analisadas.Podem ser utilizadas matrizes muito simples, incluindo solventes orgânicos ou aquosos. A principal vantagem da técnica TV-SPME é sua alta sensibilidade. TV-SPME demonstra melhor sensibilidade do que injeção líquida padrão, SPME headspace e SPME de imersão.A TV-SPME também tem o benefício de utilizar grandes volumes amostrais sem alterações na instrumentação GC. TV-SPME é uma técnica muito simples de se apresentar. A principal dificuldade vem de garantir que o volume adequado tenha sido entregue.O uso de pequenas seringas manuais ou eletrônicas pode ajudar, além de tomar seu tempo durante a amostragem. Também pode ser difícil garantir que a fibra mantenha seu revestimento, por isso as fibras devem ser monitoradas de perto para a degradação. A demonstração visual é crucial porque tanto as manipulações manuais quanto as robóticas são necessárias para serem bem sucedidas.Para começar, extrair ou dissolver a amostra sólida em solvente suficiente para alcançar a concentração desejada. Depois de garantir que a amostra esteja totalmente dissolvida, calcule o volume necessário para vaporizá-la totalmente na temperatura escolhida. Transfira o volume da amostra para um frasco de espaço para a cabeça e proteja a tampa.Se derivatizar a amostra, prepare o agente de derivação adequado colocando aproximadamente um mililitro do agente em um frasco de headspace. Defina a temperatura adequada de incubação e extração, garantindo vaporização total, extração suficiente da amostra e derivação completa. Selecione parâmetros GC-MS com base na classe dos compostos de interesse.Certifique-se de que o forro de entrada adequado está na entrada gc e que a fibra SPME foi devidamente condicionada e está em bom funcionamento antes de iniciar a análise. Prepare uma amostra de gama-hidroxibutirato ou gama-butilactona na água, com uma concentração de menos de uma parte por milhão. Transfira um microliter da amostra para um frasco de 20 mililitros no espaço para a cabeça e cubra o frasco imediatamente.Coloque um mililitro de BSTFA com 1%trimtilcloosilano em um frasco separado de 20 mililitros no espaço para o cabeça, e tampe-o. Crie um método GC-MS definindo a temperatura inicial do forno para 60 graus Celsius por um minuto, o programa do forno a 15 graus por minuto, a temperatura final do forno para 280 graus por um minuto, a taxa de fluxo para 2,5 mililitros por minuto, e as temperaturas da linha de entrada e transferência para 250 e 280 graus, respectivamente. Certifique-se de que um forro de entrada SPME estreito foi colocado dentro da entrada gc e que a fibra SPME PDMS/DVB foi devidamente condicionada e está em bom funcionamento.Em seguida, execute o GC-MS na amostra. Foi realizado um estudo de volume GBL para demonstrar a sensibilidade da TV-SPME em comparação com o headspace e a imersão SPME. No geral, os volumes amostrais que permitiram a TV-SPME demonstraram mais sensibilidade do que o espaço para cabeça ou spme de imersão para GBL na água.Uma comparação dos cromatógrafos para cada método é mostrada aqui. Foram analisadas amostras de vinho cravadas com uma dose eficaz de GHB e GBL. Essas amostras também mostram a interconversão de GBL e GHB.Quando a TV-SPME é realizada corretamente, observa-se um pico abundante e abundante. TV-SPME tem alta sensibilidade. Portanto, devem ser utilizadas concentrações adequadas para não sobrecarregar a coluna.O pico de assimetria ocorre quando altas concentrações estão presentes. Nestes casos, diluir a amostra ou usar uma injeção dividida pode melhorar a forma de pico. A TV-SPME poderia ser emparelhada com cromatografia líquida, o que expandiria drasticamente o alcance de analitos detectáveis.

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