가스 크로마토그래피 질량 분광법은 토탈 기화 고체-위상 미세 추출과 결합하여 법의학 도구로 사용됩니다.

총 기화 고체 위상 미세 추출(TV-SPME)은 액체 샘플을 완전히 기화하고 분석체는 SPME 섬유에 스며들게 됩니다. 이를 통해 용매 증기와 SPME 섬유 코팅 사이에만 해석물을 분할할 수 있습니다.

가스 크로마토그래피 – 질량 분석법 (GC-MS)은 통제 물질, 점화 액체 및 폭발물을 포함한 수많은 법의학 적 관심 분석분석을 위해 자주 사용되는 기술입니다. GC-MS는 고체 단계 마이크로 추출 (SPME)과 결합 될 수있다, 이는 점등 코팅과 섬유샘플 위의 헤드 스페이스에 배치또는 액체 샘플에 침지되는. 마취제는 탈약용 가열 된 GC 입구 내부에 배치되는 섬유에 소어된다. 총 기화 고체 단계 미세 추출 (TV-SPME)은 침수 SPME와 동일한 기술을 활용하지만 섬유를 완전히 기화 된 샘플 추출물에 담급니다. 이 완전한 기화는 액체 상 또는 임의의 용해성 물질의 간섭 없이 증기 상과 SPME 섬유 사이의 분할을 초래합니다. 사용되는 용매의 비등점에 따라 TV-SPME는 대량 샘플 볼륨(예: 최대 수백 개의 마이크로리터)을 허용합니다. 온-파이버 파생은 TV-SPME를 사용하여 수행될 수도 있다. TV-SPME는 모발, 소변 및 타액에서 약물과 대사 산물을 분석하는 데 사용되었습니다. 이 간단한 기술은 또한 거리 마약, 지질, 연료 샘플, 폭발 후 폭발성 잔류물 및 물 오염 물질에 적용되었습니다. 이 논문은 TV-SPME를 사용하여 알코올 음료의 매우 작은 샘플 (마이크로 리터 수량)에서 불법 간음자를 식별합니다. 감마 하이드록시부티레이트(GHB)와 감마 부티롤락톤(GBL)은 모두 스파이크 드링크에서 발견되는 수준에서 확인되었다. 트리메틸실릴 제제에 의한 파생화는 수성 매트릭스 및 GHB를 TMS 유도체로 변환할 수 있게 하였다. 전반적으로 TV-SPME는 빠르고 쉬우며 샘플을 헤드스페이스 바이알에 넣는 것 외에는 샘플 준비가 필요하지 않습니다.

고체-위상 마이크로추출(SPME)은 액체 또는 고체 시료를 헤드스페이스 바이알과 SPME 섬유에 배치한 후 시료 헤드스페이스(또는 액체 샘플에 침지)에 도입되는 샘플링 기술이다. 문별물은 섬유위에 소어를 놓은 다음 섬유질이 GC 입구 내부에 배치되어 탈색^1,2. 총 기화 고체 단계 미세 추출 (TV-SPME)은 침수 SPME와 유사한 기술이지만 분석이 섬유에 흡착되기 전에 액체 샘플을 완전히 기화시합니다. 이를 통해 용매 증기와 섬유코팅 사이에만 해석물을 분할할 수 있어 더 많은 해석물을 섬유에 흡착하여 좋은 감도^3을초래할 수 있다. 다양한 SPME 섬유가 제공되며 관심 있는 해석, 용매/매트릭스 및 파생제에 기초하여 섬유를 선택해야 합니다. 기존 TV-SPME 별표의 표 1을 참조하십시오.

표 1. 확립 된 TV-SPME 문물로 권장 SPME 섬유.

TV-SPME를 수행하기 위해, 문체는 용매에 용해되고 이 혼합물의 알리쿼트는 헤드스페이스 바이알에 배치된다. 용매와 휘발성 해석물만 기화되기 때문에 샘플을 필터링할 필요가 없습니다. 액체 샘플의 특정 볼륨은 샘플의 총 기화를 보장하기 위해 사용되어야합니다. 이러한 부피는 이상적인 가스 법을 사용하여 액체의 어금니 부피를 곱한 용매의 두더지 수를 계산하여 결정됩니다(수학식 1).
방정식 1

여기서_Vo는 시료(mL)의 부피이고, P는 용매(bar)의 증기압이고,_{V v는} 바이알(L)의 부피이며, R은 이상적인 가스 상수(0.083145), M은 용매(g/mol)의 어금량이며, T는 온도(K)이며, 용매의 밀도(g/mL)이다. ³

올바른 증기 압력을 사용하기 위해 앙투안 방정식(방정식 2)은 온도의 영향을 고려하여 사용됩니다:⁴
방정식 2

여기서 T는 온도이고 A, B 및 C는 용매에 대한 앙투안 상수입니다. 방정식 2는 방정식 1로 대체될 수 있으며, 다음을 산출합니다.
방정식 3

수학식 3은 사용되는 온도 및 용매의 함수로서 완전히 기화될 수 있는 샘플(V_o)의부피를 제공한다.

TV-SPME로 유도화를 수행하기 위해, SPME 섬유는 먼저 유리병에 노출되어 유리병에 노출되어 멸술에 따라 미리 정해진 시간 동안 이다. SPME 섬유는 관심 있는 유리병에 노출됩니다. 이 유리병은 가열 된 교반기 내부에 가열됩니다. 그런 다음 파생 제를 사용하여 섬유에 흡착됩니다. 분산을 위해 GC 입구에 삽입되기 전에 분산물 및/또는 매트릭스의 파생이 섬유에서 일어난다. 도 1은 파생과 TV-SPME 프로세스의 묘사를 나타낸다.

그림 1: 파생과 TV-SPME 프로세스의 묘사. SPME 섬유는 먼저 유도제(노란색 원)가 섬유에 소브되는 파생 바이알을 입력합니다. 섬유는 시료(블루 원)에 도입되고 가열된다. 유도체(녹색 원)의 형성은 추출 시간 동안 섬유에서 일어난다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

TV-SPME는 분석 시간을 단축하는 추출 과정에서 분석이 파생될 수 있기 때문에 유용합니다. 액체 주입과 같은 다른 방법은, GC에 주입되기 전에 용액에서 파생제와 반응하는 막분무분무를 요구한다. TV-SPME는 또한 거의 또는 전혀 샘플 준비를 필요로하지 않습니다. 분석체를 포함하는 매트릭스는 헤드스페이스 바이알에 직접 배치되고 분석될 수 있다. 관심의 많은 화합물은 TV-SPME와 호환됩니다. 화합물은 용매에서 용해되고 기화를 허용하기에 충분히 휘발성이 있어야 합니다. 또한, 화합물은 GC-MS에 의해 분석되려면 열적으로 안정되어야 합니다. TV-SPME는 약물 및 약물 대사산물, 경주 연료, 다환방향 방향족 탄화수소 및폭발성 물질^{3,5,6,7,8,9,10을}분석하는 데 사용되어 왔다.

1. 일반 TV-SPME 샘플 준비 및 GC-MS 분석

참고: 샘플이 이미 매트릭스에 용해된 경우 1.2단계로 건너뜁니다.

1. 원하는 농도에 도달하기에 충분한 용매 (물, 메탄올, 아세톤 등)에 고체 샘플을 추출하거나 용해. 액체 샘플은 "있는 것처럼"사용할 수 있습니다.
   참고: 사용된 고체 시료의 양은 시료의 원하는 농도에 따라 달라집니다. GC 열과 과부하가 발생하지 않도록 ppm 1ppm(w/v) 미만의 농도를 권장합니다. 아닐레트는 선택한 유기 용매에서 용해되어야 합니다.
   1. 샘플이 완전히 용해되었는지 확인합니다.
2. 선택한 온도에서 방정식 3를 사용하여 샘플을 완전히 기화하는 데 필요한 부피를 계산합니다. 예를 들어, 실험이 60°C에서 수행될 경우, 60°C에서 용매를 완전히 기화시키는 데 필요한 부피를 계산한다.
   1. 이 샘플 볼륨을 헤드스페이스 바이알로 전송하고 캡을 고정합니다. 마이크로리터 스케일에서 액체 샘플을 전송하는 허용 가능한 방법은 유리 주사기, 전자 유리 주사기 또는 시료 준비를 위해 액체 전송이 가능한 자동 샘플러 로봇을 통해 수동으로 포함됩니다.
3. 시료를 유도하는 경우, 제제의 ~1mL을 헤드스페이스 바이알에 배치하여 적절한 유도제를 준비한다.
   1. 필요한 파생의 유형에 따라 파생 제를 선택하십시오: 알킬레이션, 어감찰 또는 실화. 이 경우, GHB에서 발견되는 카복실산 및 알코올 기능성 군에 대한 권장 파생제는 O-bis(trimethylyl) 트리플루오로아세타미드(BSTFA)이다. 상기 파생제는 "있는 것과 같이" 사용될 수 있으며 희석을 요구하지 않는다. 1mL의 파생제는 SPME 섬유의 완전한 채도를 보장하기에 충분합니다.
      주의: 유도제는 독성이 있으며 연기 후드로 처리해야 합니다.
4. 1.2단계의 계산에 따라 적절한 인큐베이션/추출 온도를 설정합니다. 이 온도는 총 기화, 충분한 샘플 추출 및 완전한 파생(필요한 경우)을 보장합니다.
   1. 관심 있는 화합물의 클래스에 따라 GC-MS 매개변수(오븐 온도 프로그램, 유량, 입구 온도 등)를 선택합니다. 예제 매개 변수 집합의 경우 3단계를 참조하십시오.
   2. 적절한 입구 라이너(예: 2mm 내경 이하)가 GC 입구에 있는지 확인합니다.
5. 분석을 시작하기 전에 SPME 섬유가 제대로 컨디셔닝되고 양호한 상태인지 확인합니다.
   1. 사용되는 SPME 섬유의 종류에 따라 컨디셔닝 파라미터를 다릅니다. 적절한 컨디셔닝 온도 와 시간에 대한 SPME 섬유 지침을 참조하십시오. 일반적으로 재현할 수 있을 때까지 여러 SPME 섬유 블랭크를 분석하는 것은 SPME 섬유를 완전히 컨디셔닝한 특성화하기에 충분합니다.

2. 감마 하이드록시부티레이트(GHB) 및 감마 부티롤락톤(GBL) 샘플 준비

1. 1 ppm 미만의 농도로 물에 GHB 및/또는 GBL 샘플을 준비합니다.
2. 이 샘플의 1 μL을 1.2.1에 기술된 방법 중 하나를 사용하여 20mL 헤드스페이스 바이알로 옮기.
   1. 수성 시료를 분석하려면 가장 낮은 샘플 볼륨이 필요합니다. 예를 들어, 하나의 μL의 물은 60°C에서 20mL 헤드스페이스 바이알로 완전히 증발합니다.
   2. 바이알을 즉시 캡합니다.
3. BSTFA + 1% 트리메틸클로로실레인(TMCS)을 별도의 20mL 헤드스페이스 바이알및 캡에 넣습니다.
   참고: GBL은 파생되지 않습니다. 그러나, 유도 단계는 여전히 필요한, 물 용매가 유도하고 시료를 방해하지 않도록하는 것입니다.
   주의: BSTFA는 독성이 있으며 연기 후드로 처리해야합니다.

3. 물에서 GHB 및 GBL에 대한 GC-MS 매개 변수 및 설정

1. 다음 GC-MS 매개 변수를 사용하여 메서드를 만듭니다.
   초기 오븐 온도 : 60 °C는 1 분 동안 유지됩니다.
   오븐 프로그램 : 15 ° C / 분.
   최종 오븐 온도 : 280 ° C, 1 분 동안 개최.
   유량: 2.5mL/분(0.25mm i.d. 컬럼의 속도에 최적화된 흐름).
   입구 온도 : 250 ° C.
   환승 선 온도 : 280 ° C.
2. GC 입구 내부에 좁은(2mm i.d. 이하) SPME 입구 라이너를 배치했는지 확인합니다.
3. PDMS/DVB SPME 섬유가 제대로 컨디셔닝되고 분석 전에 양호한 작업 순서를 유지하십시오.
   참고: PDMS/DVB SPME 섬유는 30분 동안 250°C의 GC 입구에서 컨디셔닝되어야 합니다. PDMS/DVB SPME 섬유는 흰색이 아닌 섬유여야 합니다.
4. 샘플에서 GC-MS를 실행합니다.

GBL 볼륨 연구는 헤드스페이스및 몰입SPME에 비해 TV-SPME의 민감도를 입증하기 위해 수행되었다. 물에 있는 GBL의 100ppm_v 견본은 1, 3, 10, 30, 100, 100, 3000, 및 10,000 μL의 부피와 20 mL 헤드 스페이스 바이알에 배치되었습니다. TV-SPME(1-3 μL), 헤드스페이스 SPME(10 – 3,000 μL) 및 침수 SPME(10,000 μL)에 허용되는 샘플의 위상 비율. 모든 샘플은 삼중에서 분석되었고 평균 피크 영역은 샘플 부피에 대해 플롯되었습니다. 전반적으로, TV-SPME에 허용된 샘플 볼륨은 도 2에도시된 바와 같이 물에 GBL에 대한 헤드스페이스 또는 침수 SPME보다 더 민감성을 보였다. 각 방법에 대한 크로마토그램의 비교는 도 3에도시된다.

그림 2: 물에서 GBL의 샘플 부피 대 평균 피크 영역그래프. 헤드스페이스와 몰입형 SPME에 비해 TV-SPME의 효능을 입증하기 위해 GBL 볼륨 연구가 수행되었다. 물에 있는 GBL의 100ppm_v 견본은 1, 3, 10, 30, 100, 100, 3000, 및 10000 μL의 부피와 20 mL 헤드 스페이스 바이알에 배치되었습니다. 모든 샘플은 삼중에서 분석되었으며 오차 바는 평균의 표준 편차에 해당합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 물에 GBL에 대한 총 이온 크로마토그램. (100 ppm) 3 μL(파란색), 300 μL(빨간색), 10,000 μL(녹색)용. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

GHB와 GBL의 효과적인 용량으로 스파이크 와인의 현실적인 샘플은 각각 그림 4 및 그림 5에표시됩니다. 이 견본은 또한 GBL 및 GHB의 상호 변환을 보여줍니다. TV-SPME가 제대로 수행되면 그림 6에표시된 것처럼 날카롭고 풍부한 피크가 생성됩니다. TV-SPME는 민감도가 좋기 때문에 열을 과부하하지 않도록 적절한 농도를 사용해야 합니다. 고농도가 존재하면, 피크 비대칭은 도 5 및 도 7에도시된 바와 같이 생성됩니다. 이러한 경우 샘플을 희석하거나 분할 주입을 사용하면 피크 모양을 향상시킬 수 있습니다.

그림 4: 8 mg/mL 농도와 와인에 GHB의 현실적인 샘플. 봉우리: 1) GBL, 2) 헥사노산-TMS, 3) GHB-TMS_2,4) 벤조산-TMS, 5) 옥타노산-TMS, 6) 글리세롤-TMS_3,* 순환 실록산(섬유/컬럼 출혈)을 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 10 mg/mL 농도와 와인에 GBL의 현실적인 샘플. 봉우리: 1) GBL, 2) 헥사노산-TMS, 3) 실록산, 4) 트리메틸(2-페닐레톡시) 실레인, 5) GHB-TMS₂. TIC는 GBL을 GHB로 변환하는 것을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 0.1-ppm 농도를 가진 물에 GBL을 위한 총 이온 크로마토그램. 이전에 물에서 GBL에 대해 설명된 TV-SPME 메서드에 따른 결과. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 10ppm 농도의 물에 GBL을 위한 총 이온 크로마토그램. 이전에 물에서 GBL에 대해 설명된 TV-SPME 메서드에 따른 결과. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

파생시 분석가는 GC에 디소베드되기 전에 분석체를 완전히 파생할 수 있도록 하는 방법을 확인해야 합니다. 부분 파생은 파생된 멸자 및 약자 별분과 성수화를 나타내는 피크를 초래할 수 있다. 부분 파생은 또한 더 적은 섬유에 흡착할 수 있기 때문에 아닐리바이트에 대한 감도가 낮아집니다.

TV-SPME는 큰 샘플 크기(예를 들어, 100 μL)에서 액체 주입 GC에 비해 몇 가지 이점이 악기 변형 없이 사용될 수 있다. TV-SPME는 또한 헤드 스페이스 SPME와 동일한 이점중 일부를 가지고 있습니다. 헤드스페이스 SPME는 어떤 비휘발성 화합물이 헤드스페이스 바이알에 남아 있고 섬유에 흡착되지 않아 깨끗한 시료를 산출하기 때문에 추출이나 여과가 필요하지 않습니다. 또한 이 방법은 표준 헤드스페이스 SPME와 같은 3상 시스템(샘플, 헤드스페이스 및 섬유)이 아닌 2상 시스템(헤드스페이스 및 섬유)이기 때문에 매트릭스 효과를 제거하는 데 도움이 됩니다. TV-SPME는 침수 SPME도 2단계 시스템이라는 점에서 SPME를 침지하는 것과 같습니다. 침지 SPME를 사용하면 섬유가 증기에서 질문을 추출하는 것과 는 달리 질문을 포함하는 액체(일반적으로 수성) 샘플에 침지됩니다. TV-SPME는 침수 SPME가 용액 상및 광섬유 코팅에 대한 소브를 남기기 위해 분석체에 충분한 추진력을 생성하기 위해 극지/수성 매트릭스가 필요하기 때문에 침지 SPME와 다릅니다. 또한 침수 SPME는 훨씬 더 큰 샘플 볼륨(예: mL)이 필요합니다.

많은 용매는 메탄올, 아세톤, 물 및 아세토닐릴을 포함한 TV-SPME와 함께 사용될 수 있다. SPME 섬유는 이러한 용매가 섬유 코팅을 손상시킬 수 있기 때문에 클로로폼에 노출되거나 침지되어서는 안됩니다. 20 mL 나사 캡 유리 헤드 스페이스 바이알은 TV-SPME 방법으로 최고의 성능을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. TV-SPME가 있는 자동 샘플러를 사용하는 것이 좋습니다. TV-SPME 방법의 많은 파라미터가 원하는 대로 조정될 수 있지만, 각 용매에 대해 적절한 부피 및 추출 온도를 사용해야 합니다. 샘플 부피 및 추출 온도는 서로 비례하며 그에 따라 조정되어야 합니다. 예를 들어, 방법의 추출 온도는 감소될 수 있지만 샘플 부피도 감소되어야 한다. 이 볼륨은 방정식 3을 조정하여 찾을 수 있습니다.

파생 절차에 대한 수정이 이루어질 수 있다. 유도제는 유도제의 증기또는 유도제에서 섬유의 직접 침수에 의해, 교반기에서, 또는 가열된 전또는 후 추출을 수행할 수 있다.

용해성, 열안정, 휘발성 화합물의 필요성을 포함하는 TV-SPME 방법에는 한계가 있다. TV-SPME는 분석 중에 코팅을 벗겨내거나 파손할 수 있는 값비싼 SPME 섬유가 필요합니다. 이러한 제한은 일반적인 GC 사출 량, 고감도 및 여과가 필요하지 않은 대량 샘플 볼륨과 같은 이점에 의해 더 큽니다. TV-SPME는 섬유 및 매트릭스 효과에 더 많은 샘플이 추출되기 때문에 SPME헤드스페이스가 선호된다. TV-SPME는 침수 SPME가 TV-SPME보다 훨씬 더 많은 샘플을 소비하기 때문에 SPME를 침지하는 것이 바람직합니다. TV-SPME는 추출 과정에서 분석 시간을 감소시켜 주입 전에 분석이 유도되어야 하는 액체 주입과 같은 방법에 비해 분석 시간을 줄일 수 있도록 유도할 수 있습니다. TV-SPME는 또한 거의 또는 전혀 샘플 준비를 필요로하지 않습니다. TV-SPME는 약물, 폭발성 물질 및 경주 연료를 포함한 다양한 샘플을 분석하기 위해 간단하고 효율적이며 민감합니다.

저자는 공개 할 것이 없습니다.

이 연구는 국립 사법 연구소 (2015-DN-BX-K058 및 2018-75-CX-0035 상)에 의해 지원되었습니다. 여기에 표현 된 의견, 결과 및 결론은 저자의 의견이며 반드시 자금 조달 조직의 의견을 반영하지 않습니다.