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

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 desorbimento^1,2. 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.

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).
Equazione 1

dove V_{o è} il volume del campione (mL), P è la pressione di vapore del solvente (bar), V_{v è} il volume del flaconcino (L), R è la costante di gas ideale (0,083145), M è la massa molare del solvente (g/mol), T è temperatura (K), ed 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
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:
Equazione 3

L’equazione 3 fornisce il volume del campione (V_o) 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.

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. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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 esplosivi^{3,5,6,7,8,9,10}.