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

Это исследование было поддержано Национальным институтом юстиции (премия No 2015-DN-BX-K058 и 2018-75-CX-0035). Мнения, выводы и выводы, выраженные здесь, являются мнениями автора и не обязательно отражают мнения финансирующих организаций.

1. Общая пробоподготовка TV-SPME и анализ GC-MS
ПРИМЕЧАНИЕ: Если образец уже растворен в матрице, перейдите к шагу 1.2.
<ol><li>Извлеките или растворите твердый образец в достаточном количестве растворителя (вода, метанол, ацетон и т.д.) для достижения желаемой концентрации. Жидкие о...

<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 имеет некоторые преимущества по сравнению с жидким впрыском GC в том, что большие размеры выборки (например, 100 мкл) могут использоваться без модификации прибора. TV-SPME также имеет некоторые из тех же преимуществ, что и SPME в головном пространстве. SPME headspace не требует какой-либо экстракц?...

Твердофазная микроэкстракция (SPME) представляет собой метод отбора проб, при котором жидкий или твердый образец помещается во флакон с пространством над головой, а волокно SPME, покрытое полимерным материалом, затем вводится в пространство над головы образца (или погружается в жидкий образец). Анализируемый сорбируется на волокно, а затем волокно помещается внутрь входного входа GC для десорбции1,2. Полное испарение Твердофазная микроэкстракция (TV-SPME) является аналогичной техникой, как погружная SPME, но полностью испаряет жидкий образец до того, как аналиты адсорбируются на волокно. Это позволяет разделить анализируемый материал только между парами растворителя и покрытием волокна, что позволяет адсорбировать больше аналита на волокно и приводит к хорошей чувствительности3. Существуют различные волокна SPME, и волокно должно быть выбрано на основе интересуемого аналита, растворителя / матрицы и агента дериватизации. В таблице 1 приведены установленные аналиты TV-SPME.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>образец</td>
			<td>Аналит(ы)</td>
			<td>Рекомендуемое волокно SPME</td>
			<td>Справка(и)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Человеческие волосы</td>
			<td>Никотин, котинин</td>
			<td>Полидиметилсилоксан/дивинилбензол (PDMS/DVB), полиакрилат (PA)</td>
			<td>3</td>
		</tr>
<tr>
<td>бездымный порох</td>
			<td>Нитроглицерин, дифениламин</td>
			<td>Полидиметилсилоксан (PDMS), полиэтиленгликоль (PEG)</td>
			<td>7, 8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Гоночное топливо</td>
			<td>Метанол, нитрометан</td>
			<td>колышек</td>
			<td>9</td>
		</tr>
<tr>
<td>Вода</td>
			<td>Полициклические ароматические углеводороды</td>
			<td>ПДМС</td>
			<td>10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Напитки</td>
			<td>ɣ-гидроксимасляная кислота, ɣ-бутиролактон</td>
			<td>ПДМС</td>
			<td>Эта работа</td>
		</tr>
<tr>
<td>Твердый порошок</td>
			<td>Метамфетамин, амфетамин</td>
			<td>ПДМС/ДВБ</td>
			<td>неопубликованный</td>
		</tr>
</tbody></table>Таблица 1. Рекомендуемые волокна SPME с установленными аналитами TV-SPME.
Для выполнения TV-SPME аналиты растворяют в растворителе и аликвота этой смеси помещается во флакон с пространством над головой. Образцы не нужно фильтровать, потому что испаряются только растворитель и летучие аналиты. Для обеспечения полного испарения образца должны использоваться определенные объемы жидких образцов. Эти объемы определяются с помощью закона идеального газа для вычисления числа молей растворителя, умноженного на молярный объем жидкости (уравнение 1). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ01.jpg"> Уравнение 1
где Vo - объем образца (мл), P - давление пара растворителя (бар), Vv - объем флакона (L), R - постоянная идеального газа (0,083145), <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ04.jpg"> M - молярная масса растворителя (г/моль), T - температура (K) и <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ05.jpg"> плотность растворителя (г/мл). 3 3
Чтобы использовать правильное давление пара, уравнение Антуана (уравнение 2) используется для учета влияния температуры:4 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ02.jpg"> Уравнение 2
где T — температура, а A, B и C — константы Антуана для растворителя. Уравнение 2 может быть заменено в уравнение 1, что дает: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61880/61880equ03v2.jpg"> Уравнение 3
Уравнение 3 дает объем образца (Vo),который может быть полностью испариться в функции температуры и используемого растворителя.
Для выполнения дериватизации с помощью TV-SPME волокно SPME сначала подвергают воздействию флакона, содержащего агент дериватизации, в течение заранее определенного периода времени в зависимости от анализируемого вещества. Затем волокно SPME подвергается воздействию нового флакона, содержащего интересующих анализируемый продукт. Этот флакон нагревается внутри нагреваемой мешалки. Затем анализируемый адсорбируется на клетчатке с помощью агента дериватизации. Дериватизация анализируемого материала и/или матрицы происходит на волокне перед введением во вход GC для десорбции. На рисунке 1 показано изображение процесса TV-SPME с дериватизацией.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61880/61880fig01.jpg"> Рисунок 1: Изображение процесса TV-SPME с дериватизацией. Волокно SPME сначала попадает во флакон дериватизации, где агент дериватизации (желтые круги) сорбируется на волокно. Затем волокно вводят в образец (синие круги) и нагревают. Образование производной (зеленых кругов) происходит на волокне во время экстракции. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61880/61880fig01large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>
TV-SPME полезен, потому что он позволяет дериватировать анализируемый в процессе экстракции, что сокращает время анализа. Другие способы, такие как жидкая инъекция, требуют, чтобы анализируемый агент реагировал с дериватизирующим агентом в растворе перед введением в ГК. TV-SPME также практически не требует пробоподготовки. Матрица, содержащая анализируемый материал, может быть помещена непосредственно во флакон с пространством над головой и проанализирована. Многие интересующих соединения совместимы с TV-SPME. Соединения должны быть растворимыми в растворителе и достаточно летучими, чтобы обеспечить испарение. Кроме того, соединения должны быть термически стабильными для анализа GC-MS. TV-SPME был использован для анализа лекарственных средств и метаболитов лекарств, гоночного топлива, полициклических ароматических углеводородов и взрывчатых веществ3,5,6,7,8,9,10.

<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

Газовая хроматография - Масс-спектрометрия (GC-MS) является часто используемым методом для анализа многочисленных аналитов, представляющих криминалистический интерес, включая контролируемые вещества, воспламеняющиеся жидкости и взрывчатые вещества. GC-MS может быть соединен с твердофазной микроэкстракцией (SPME), при которой волокно с сорбционным покрытием помещается в пространство над образцом или погружается в жидкий образец. Аналиты сорбируются на волокно, которое затем помещается внутрь нагретого входного входа GC для десорбции. Полное испарение твердофазной микроэкстракции (TV-SPME) использует ту же технику, что и погружной SPME, но погружает волокно в полностью испарительный экстракт образца. Это полное испарение приводит к разделению только между паровой фазой и волокном SPME без вмешательства жидкой фазы или любых нерастворимых материалов. В зависимости от температуры кипения используемого растворителя, TV-SPME допускает большие объемы образцов (например, до сотен микролитров). Дериватизация на волокне также может быть выполнена с использованием TV-SPME. TV-SPME используется для анализа лекарств и их метаболитов в волосах, моче и слюне. Этот простой метод также был применен к уличным наркотикам, липидам, образцам топлива, остаткам взрывчатых веществ после взрыва и загрязняющим веществам в воде. В настоящем документе освещается использование TV-SPME для выявления незаконных фальсифициров в очень маленьких образцах (количествах микролитров) алкогольных напитков. Как гамма-гидроксибутират (ГОМК), так и гамма-бутиролактон (ГБЛ) были идентифицированы на уровнях, которые можно было бы обнаружить в напитках с шипами. Дериватизация триметилсилильным агентом позволила превратить водный матрикс и ГОМК в их производные ТМС. В целом, TV-SPME работает быстро, легко и не требует подготовки образцов, кроме помещения образца во флакон с пространством над головой.

Было проведено объемное исследование GBL, чтобы продемонстрировать чувствительность TV-SPME по сравнению с пространством над головой и погружением SPME. Образец ГБЛ объемом 100 pmv в воде готовили и помещали в флаконы с объемом 1, 3, 10, 30, 100, 100, 100, 1000, 3000 и 10 000 мкл. Фазовое соотношение образцов ...

Watch this Scientific Journal Video about Gas Chromatography-Mass Spectrometry Paired with Total Vaporization Solid-Phase Microextraction as a Forensic Tool at JoVE.com

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

Полное испарение Твердофазная микроэкстракция (TV-SPME) полностью испаряет жидкий образец, в то время как аналиты сорбируются на волокно SPME. Это позволяет разделить анализируемый материал только между парами растворителя и покрытием волокна SPME.

Газовая хроматография-масс-спектрометрия в сочетании с полной испаряемой твердофазной микроэкстракцией в качестве судебного инструмента

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

Протокол TV-SPME важен, потому что он может анализировать широкий спектр образцов, включая лекарства, гоночное топливо, взрывчатые материалы и полициклические ароматические углеводороды. Фильтрация не требуется, потому что испаряются только летучие аналиты. Таким образом, грязные образцы или суспензии могут быть проанализированы.Могут использоваться очень простые матрицы, в том числе органические или водные растворители. Основным преимуществом методики TV-SPME является ее высокая чувствительность. TV-SPME демонстрирует лучшую чувствительность, чем стандартный впрыск жидкости, SPME в головном пространстве и погружной SPME.TV-SPME также имеет преимущество использования больших объемов выборки без каких-либо изменений в приборах GC. TV-SPME - это очень простая техника для выполнения. Основная трудность заключается в обеспечении надлежащего объема.Использование небольших ручных или электронных шприцев может помочь, а также не тороро занять время во время отбора проб. Также может быть трудно обеспечить, чтобы волокно сохраняло свое покрытие, поэтому волокна должны тщательно контролироваться на наличие деградации. Визуальная демонстрация имеет решающее значение, потому что для успеха необходимы как ручные, так и роботизированные манипуляции.Для начала извлеките или растворите твердый образец в достаточном количестве растворителя для достижения желаемой концентрации. Убедившись, что образец полностью растворен, рассчитайте объем, необходимый для его полного испарения при выбранной температуре. Перенесите объем образца во флакон с пространством над головы и закрепите крышку.При дериватизации образца приготовьте соответствующий агент дериватизации, поместив приблизительно один миллилитр агента во флакон с пространством над головой. Установите надлежащую температуру инкубации и экстракции, обеспечивая полное испарение, достаточную извлечение проб и полную дериватизацию. Выберите параметры GC-MS на основе класса интересующих соединений.Перед началом анализа убедитесь, что на входе GC находится надлежащий впускной вкладыш и что волокно SPME было надлежащим образом кондиционировано и находится в хорошем рабочем состоянии. Подготовьте образец гамма-гидроксибутирата или гамма-бутиролактона в воде, с концентрацией менее одной части на миллион. Перенесите один микролитр образца в 20-миллилитровый флакон с пространством над головы и немедленно укупорите флакон.Поместите один миллилитр BSTFA с 1% триметилхлорсиланом в отдельный 20-миллилитровый флакон и заколите его крышкой. Создайте метод GC-MS, установив начальную температуру печи до 60 градусов цельсия в течение одной минуты, программу духовки до 15 градусов в минуту, конечную температуру духовки до 280 градусов в течение одной минуты, скорость потока до 2,5 миллилитров в минуту, а температуру на входе и передаточной линии до 250 и 280 градусов соответственно. Убедитесь, что узкий впускной вкладыш SPME был помещен внутрь входного входа GC и что волокно PDMS/DVB SPME было должным образом кондиционировано и находится в хорошем рабочем состоянии.Затем запустите GC-MS на образце. Было проведено объемное исследование GBL, чтобы продемонстрировать чувствительность TV-SPME по сравнению с пространством над головой и погружением SPME. В целом, объемы образцов, которые позволяли TV-SPME, продемонстрировали большую чувствительность, чем пространство над головой или погружение SPME для GBL в воду.Сравнение хроматограмм для каждого метода показано здесь. Были проанализированы образцы вина, наполненного эффективной дозой ГОМК и ГБЛ. Эти образцы также показывают взаимоконверсия ГБЛ и ГОМК.При правильном выполнении ТВ-СПМЭ наблюдается резкий обильный пик. TV-SPME обладает высокой чувствительностью. Поэтому следует использовать надлежащие концентрации, чтобы не перегружать колонну.Пиковая асимметрия возникает при наличии высоких концентраций. В этих случаях разбавление образца или использование разделенной инъекции может улучшить пиковую форму. TV-SPME может быть сопряжен с жидкостной хроматографией, что значительно расширит диапазон обнаруживаемых аналитов.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Large Scale Non-targeted Metabolomic Profiling of Serum by Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (UPLC-MS)

Large Scale Non-targeted Metabolomic Profiling of Serum by Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry UPLC-MS

Крупномасштабная Нецелевые Metabolomic профилирование сыворотки Ultra Performance жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (UPLC-MS)

Non-targeted metabolite profiling by ultra performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (UPLC-MS) is a powerful technique to ...

Synthetic Methodology for Asymmetric Ferrocene Derived Bio-conjugate Systems via Solid Phase Resin-based Methodology

Синтетическая методология для асимметричных Ферроцен, полученных Bio-сопряженных систем через Solid методологии фазы смолу на основе

Early detection is a key to successful treatment of most diseases, and is particularly imperative for the diagnosis and treatment of many types of cancer. ...

Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

Визуализация Ambient масс-спектрометрии с использования шлирен Фото

This manuscript outlines how to visualize mass spectrometry ambient ionization sources using schlieren photography. In order to properly optimize the mass ...

NMR Spectroscopy as a Robust Tool for the Rapid Evaluation of the Lipid Profile of Fish Oil Supplements

Спектроскопия ЯМР как надежный инструмент для быстрой оценки липидного профиля рыбьего жира добавки

The western diet is poor in n-3 fatty acids, therefore the consumption of fish oil supplements is recommended to increase the intake of these essential ...

Integration of Miniaturized Solid Phase Extraction and LC-MS/MS Detection of 3-Nitrotyrosine in Human Urine for Clinical Applications

Интеграция миниатюрной твердофазной экстракции и LC-MS / MS Обнаружение 3-нитротирозина в моче человека для клинических применений

Free 3-nitrotyrosine (3-NT) has been extensively used as a possible biomarker for oxidative stress. Increased levels of 3-NT have been reported in a wide ...

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

Кулоновская взрыв изображений как инструмент для различения стереоизомеров

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

Протокол твердофазного синтеза олигомеров РНК, содержащий 2&#39;-<em&gt; O</em&gt; -тиофенилметильная модификация и характеризация с помощью циркулярного дихроизма

Solid-phase synthesis has been used to obtain canonical and modified polymers of nucleic acids, specifically of DNA or RNA, which has made it a popular ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Электрохимический импеданс спектроскопия как инструмент для электрохимических скорость постоянной оценки

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Color Spot Test As a Presumptive Tool for the Rapid Detection of Synthetic Cathinones

Цветовой тест месте как предполагаемого инструмент для быстрого обнаружения синтетических Cathinones

Synthetic cathinones are a large class of new psychoactive substances (NPS) that are increasingly prevalent in drug seizures made by law enforcement and ...

Solid-phase Synthesis of [4.4] Spirocyclic Oximes

Твердофазный синтез [4.4] Оксимы Spirocyclic

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of ...