Физзи-экстракция летучих органических соединений в сочетании с химическим ионизацией при атмосферном давлении. Квадрупольная масс-спектрометрия
Summary
ФИЗИЧЕСКАЯ ИЗДЕЛИЯ – новый лабораторный метод анализа летучих и полулетучих соединений. Газ-носитель растворяют в жидком образце путем приложения избыточного давления и перемешивания образца. Затем камеру образца разлагают. Виды аналита высвобождаются в газовую фазу из-за вскипания.
Abstract
Химический анализ летучих и полужидких соединений, растворенных в жидких образцах, может быть сложным. Растворенные компоненты необходимо довести до газовой фазы и эффективно передать в систему обнаружения. Физзикционная экстракция использует феномен вскипания. Во-первых, газ-носитель (здесь, двуокись углерода) растворяют в образце, применяя избыточное давление и перемешивая образец. Во-вторых, камера образца распадается резко. Декомпрессия приводит к образованию многочисленных пузырьков пузырьков газа в образце жидкости. Эти пузырьки способствуют высвобождению растворенных веществ аналита из жидкости в газовую фазу. Выпущенные аналиты немедленно переносятся на химическую ионизационную границу атмосферного давления тройного квадрупольного масс-спектрометра. Ионизируемые виды аналита приводят к появлению масс-спектрометрических сигналов во временной области. Поскольку высвобождение видов аналита происходит в течение коротких промежутков времени (несколько секундOnds), временные сигналы имеют высокие амплитуды и высокие отношения сигнал-шум. Амплитуды и области временных пиков затем могут быть скоррелированы с концентрациями аналитов в образцах жидкости, подвергнутых экстракции физзи, что позволяет проводить количественный анализ. К преимуществам физзи-экстракции относятся: простота, скорость и ограниченное использование химических веществ (растворителей).
Introduction
Различные явления, наблюдаемые в природе и повседневной жизни, связаны с равновесиями газожидкостной фазы. Двуокись углерода растворяется в мягких и алкогольных напитках при повышенном давлении. Когда открывается бутылка такого газированного напитка, давление падает, и пузырьки газа мчатся к поверхности жидкости. В этом случае вскипание улучшает органолептические свойства напитков. Выпуск газовых пузырьков также является основной причиной декомпрессионной болезни («изгибы») 1 . Из-за внезапной декомпрессии пузырьки образуются в телах дайверов. Лица, страдающие декомпрессионной болезнью, лечатся в гипербарических камерах.
Газовые пузырьки имеют различные применения в аналитической химии. В частности, методы барботирования основаны на пропускании пузырьков газа через жидкие образцы для извлечения летучих соединений 2 . Например, метод, называемый «продувочно-замкнутый контур», объединяется с газовой хроматографией для быстрого анализа диSsolved volatiles 3 . В то время как барботирование может непрерывно извлекать летучие вещества с течением времени, оно не ограничивает их в пространстве или времени. Выпущенные газофазные частицы должны быть захвачены, а в некоторых случаях сконцентрированы путем применения температурной программы или использования сорбентов. Таким образом, существует потребность в внедрении новых онлайновых стратегий обработки проб, которые могут уменьшить количество этапов и, в то же время, концентрацию летучих аналитов в пространстве или времени.
Для решения проблемы извлечения летучих соединений из жидких образцов и проведения анализа в режиме онлайн мы недавно представили «физмиссию» 4 . Эта новая техника использует феномен вскипания. Вкратце, газ-носитель (здесь, двуокись углерода) сначала растворяют в образце, применяя избыточное давление и перемешивая образец. Затем камера образца распадается резко. Внезапная декомпрессия приводит к образованию многочисленных пузырьков пузырьков газа В образце жидкости. Эти пузырьки способствуют высвобождению растворенных веществ аналита из жидкости в газовую фазу. Выпускаемые аналиты немедленно переносятся на масс-спектрометр, генерируя сигналы во временной области. Поскольку высвобождение видов аналита ограничено коротким периодом времени (несколько секунд), временные сигналы имеют высокие амплитуды и высокие отношения сигнал-шум.
Давления, связанные с процессом физ. Экстракции, очень низки (~ 150 кПа) 4 ; Намного ниже, чем при сверхкритической флюидной экстракции 5 ( например , ≥10 МПа). Техника не требует использования каких-либо специальных расходных материалов (колонок, картриджей). Для разбавления и очистки используются только небольшие количества растворителей. Извлекающее устройство может быть собрано химиками со средними техническими навыками с использованием широко доступных частей 4 ; Например, электронные модули с открытым исходным кодом«> 6 , 7. Физическая экстракция может быть соединена в режиме онлайн с современными масс-спектрометрами, оснащенными химическим ионизацией атмосферного давления (APCI). Поскольку газофазные экстракты переносятся в ионный источник, работа физзи-экстракции практически не загрязняет уязвимые Части масс-спектрометра.
Цель этой визуализированной экспериментальной статьи – направлять зрителей на то, как реализовать выпуск физзи в простой аналитической задаче. В то время как ядро системы физ-экстракции описано в нашем предыдущем отчете 4 , было сделано несколько улучшений, чтобы сделать операцию более простой. Микроконтроллер, оснащенный экраном экрана ЖКД, был включен в систему для отображения параметров извлечения ключа в режиме реального времени. Все функции запрограммированы в сценариях микроконтроллера, и больше нет необходимости использовать внешний компьютер для cВключить систему экстракции.
Protocol
Representative Results
Discussion
В ходе исследований, проведенных за последние три десятилетия ( например , ссылок 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ), было разработано несколько полезных способов дост…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить Министерство науки и технологии Тайваня (номер гранта: MOST 104-2628-M-009-003-MY4) за финансовую поддержку этой работы.
Materials
| Water | Fisher | W6212 | Diluent |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 32221-2.5L | Diluent |
| (R)-(+)-Limonene | Sigma-Aldrich | 183164-100ML | Standard |
| Carbon dioxide | ChiaLung | n/a | Carrier gas |
| Cellulose tissue, Kimwipes Kimtech | Kimberly-Clark | 34120 | Used for cleaning |
| Triple quadrupole mass spectrometer | Shimadzu | LCMS-8030 | Detection system |
| Atmospheric pressure chemical ionization interface | Shimadzu | Duis | Ion source |
| 20-mL screw top headspace glass vial with septum cap | Thermo Fisher Scientific | D-52379 | Sample vial |
| LabSolutions software | Shimadzu | n/a | version 5.82 |
| PeakFit software | Systat Software | n/a | version 4.12 |
| OriginPro software | OriginLab | n/a | version 8 |
References
- McCallum, R. I. Decompression sickness: a review. Brit J Industr Med. 25, 4-21 (1968).
- Pawliszyn, J. . Comprehensive Sampling and Sample Preparation. , (2012).
- Wang, T., Lenahan, R. Determination of volatile halocarbons in water by purge-closed loop gas chromatography. Bull Environ Contam Toxicol. 32, 429-438 (1984).
- Chang, C. -. H., Urban, P. L. Fizzy extraction of volatile and semivolatile compounds into the gas phase. Anal Chem. 88, 8735-8740 (2016).
- Zougagh, M., Valcárcel, M., Ríos, A. Supercritical fluid extraction: a critical review of its analytical usefulness. Trends Anal Chem. 23, 399-405 (2004).
- Urban, P. L. Universal electronics for miniature and automated chemical assays. Analyst. 140, 963-975 (2015).
- Urban, P. Self-built labware stimulates creativity. Nature. 532, 313 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Urban, P. L., Chen, Y. -. C., Wang, Y. -. S. . Time-Resolved Mass Spectrometry: From Concept to Applications. , (2016).
- Peacock, P. M., Zhang, W. -. J., Trimpin, S. Advances in ionization for mass spectrometry. Anal Chem. 89, 372-388 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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. , (2017).
- 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).
- 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).
- Hakim, I. A., McClure, T., Liebler, D. Assessing dietary D-limonene intake for epidemiological studies. J Food Compos Anal. 13, 329-336 (2000).
