Gas cromatografia-spettrometria di massa abbinata alla microestrazione a fase solida di vaporizzazione totale come strumento forense
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
| campione | Aaliti | Fibra SPME consigliata | Riferimenti |
| Capelli umani | Nicotina, cotinina | Polidimetilsilossano/diviniilbenzene (PDMS/DVB), poliacrilato (PA) | 3 |
| Polvere senza fumo | Nitroglicerina, difenilammina | Polidimetilsilossano (PDMS), polietilene glicole (PEG) | 7, 8 |
| Carburante da corsa | Metanolo, nitrometano | piolo | 9 |
| Acqua | Idrocarburi aromatici policiclici | Pdms | 10 |
| bevande | ɣ-idrossibutirrico, ɣ-butirrolattone | Pdms | Questo lavoro |
| Polvere solida | Metanfetamina, anfetamina | PDMS/DVB | inedito |
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 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 
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 (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.
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 esplosivi3,5,6,7,8,9,10.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 10 µL Syringe | Gerstel | 100111-014-00 | |
| BSTFA + 1% TMCS (10 x 1 GM) | Regis Technologies Inc. | 50442882 | |
| eVol XR Sample Dispensing System Kit | ThermoFisher Scientific | 66002-024 | |
 -Butyrolactone (GBL) |
Sigma-Aldrich | B103608-26G | |
| -Hydroxy Butyric Acid (GHB) |
Cayman Chemicals | 9002506 | |
| Headspace Screw-Thread Vials, 18 mm | Restek | 23083 | |
| Magnetic Screw-Thread Caps, 18 mm | Restek | 23091 | |
| Optima water for HPLC | Fisher Chemical | W71 | |
| SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane (PDMS) | Supelco | 57341-U | |
| SPME Fiber Assembly Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene (PDMS/DVB) | Supelco | 57293-U | |
| Topaz 2.0 mm ID Straight Inlet Liner | Restek | 23313 |
References
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