مقالة منهجية

سريع سرعة عالية الإنتاجية الأنواع النباتية تحديد المواد عن طريق تحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة قياس الطيف الكتلي

DOI:

10.3791/54197

⸱

أكتوبر 2, 2016

 , 
1Department of Chemistry, University at Albany-SUNY

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم توضيح طريقة لتحديد الأنواع من المواد النباتية عن طريق التحليل المباشر في ارتفاع في الوقت الحقيقي مطياف الكتلة قرار والتحليل الإحصائي متعدد المتغيرات.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

علينا أن نبرهن على التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي يمكن استخدامها لانتاج لمحات طيفية كتلة من المواد النباتية، وأن هذه البصمات الكيميائية يمكن استخدامها لتحديد الأنواع النباتية. يمكن الحصول على البيانات الطيفية الجماعي بسرعة وبطريقة إنتاجية عالية دون الحاجة لاستخراج عينة، اشتقاق أو تعديل درجة الحموضة الخطوات. استخدام هذه التقنية تتجاوز التحديات التي تطرحها تقنيات أكثر تقليدية بما في ذلك أوقات التحليل اللوني طويلة وأساليب مكثفة الموارد. قدرات إنتاجية عالية من التحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة بروتوكول مطياف الكتلة، إلى جانب متعدد المتغيرات معالجة التحليل الإحصائي للبيانات، وتوفير توصيف الدرجة ليس فقط من النباتات، ولكن أيضا تسفر عن الأنواع والأصناف من المعلومات. هنا، ويتجلى هذا الأسلوب مع اثنين من المنتجات ذات التأثير النفساني النبات، Mitragyna سبيسيوسا (قرطوم) والداتورة(Jimsonweed)، التي تعرضت للتحليل المباشر في حقيقي قرار الطيفي عالية في الوقت تليها معالجة التحليل الإحصائي للبيانات طيفية الجماعية. تطبيق هذه الأدوات جنبا إلى جنب تمكين المواد النباتية الكشف عن هويته بسرعة على مستوى متنوعة والأنواع.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لآلاف السنين، وقد استخدمت المنتجات الطبيعية ذات التأثير النفساني في الطقوس الشامانية، أساء للسمات تغيير عقولهم، وتستهلك لخصائصها الطبية. ابتلاع هذه النباتات والمواد ذات الأصل النباتي ذات الصلة يمكن أن تكون كبيرة في المناطق التي يشكلون فيها المستوطن، ولها أهمية اجتماعية واقتصادية. لكن في الآونة الأخيرة، كانت هناك زيادة كبيرة في استخدام هذه الأدوية "الطبيعية" وذلك بسبب سهولة الوصول من خلال شبكة الإنترنت والتجارة. تصور أن هذه المواد هي آمنة للاستخدام، إلى جانب زيادة حملة على حيازة واستخدام المزيد من المخدرات التقليدية من سوء المعاملة والمواد الاصطناعية، وساهمت في ارتفاع في إساءة استعمال المخدرات النباتية. فمن الصعب عموما التصور التمييز بين هذه المنتجات والمواد النباتية غير ضارة، وبالتالي هناك مصلحة في تطوير الأساليب التي يمكن استخدامها التعرف على هذه المنتجات. ومع ذلك، الطرق التحليلية التقليدية للمصنعتحديد الأنواع وتستغرق وقتا طويلا وغير عملي لأداء. وعلاوة على ذلك، فإن عملية تطوير أساليب وقتا وموارد كثيرة. وقد جعلت هذه العوامل صياغة تشريعات للحد من استخدام هذه المواد يتخلف بفارق كبير عن معدل التصعيد في إساءة استعمالها. وبالتالي، هناك عدد قليل من القوانين التي تنظم إنتاج وتصنيع وبيع واستهلاك الكثير من هذه النفساني الطبيعية وعلى هذا النحو، وهناك المئات من النباتات الاعتداء متاحة للمستخدمين في الآلاف من أشكال مختلفة. 1،2

اثنين من هذه المخدرات النباتية الإساءة هي Mitragyna سبيسيوسا، المعروف باسم قرطوم، والنباتات من جنس الداتورة، وهما د. داتورة، D. مضطرم ود. inoxia. قرطوم والداتورة هي لم يكن مقررا في الولايات المتحدة، ولكن إدارة مكافحة المخدرات وسرد كل كعقاقير للقلق. وتتميز 3،4 قرطوم عن وجود المركبات ذات التأثير النفساني mitragynine لالثانية 7-hydroxymitragynine، فضلا عن غيرها من القلويات غير ذات التأثير النفساني بما في ذلك mitraphylline، paynantheine، corynoxeine، وrhynchophylline 4-8 خصائص التأثير النفسي من الداتورة النيابة. تنسب إلى الأتروبين وسكوبولامين، ولكن مجموعة متنوعة من تم تحديدها في النباتات قلويدات tropane أخرى. 9-12 تورطت كل قرطوم والداتورة في حالات التسمم والوفيات، والتعرف عليهم ضروري على نحو متزايد في كلا السياقين الطب الشرعي والسمية، كما إساءة استخدام هذه المنتجات آخذ في الارتفاع. 13-16

وعلى العموم، والأساليب التقليدية المستخدمة لتحليل المواد المخدرات الطب الشرعي، مثل اختبارات اللون، المجهري، ورامان، مطياف الأشعة تحت الحمراء، وتستخدم في قاعدة في / القاعدة من قدرة الظني. تقنيات الواصلة مثل GC-MS وسائل قياس الطيف اللوني الشامل (LC-MS)، وطرق التحليل التأكيدي على أساس المقارنة بين لمحات من التحاليل الكشف عنإلى الفريق العامل العلمي في تحليل المخدرات المضبوطة (SWGDRUG) المعايير المكتبية. (17) خطوات العلاج العينة التي يتم تنفيذها قبل التحليل بما في ذلك سحق، واستخراج، اشتقاق والتبخر، ويمكن إضافة ساعة إلى وقت التشغيل وتزييفها العينة، 9،11 ، 18،19 تحليل صناعة الأدوية النباتية أقل من واضحة بالمقارنة مع العقاقير التقليدية الأخرى من سوء المعاملة مثل الكوكايين أو الهيروين. وعلاوة على ذلك، لا بد من تطويرها لكل منتج من الفائدة، الأمر الذي يجعل تنفيذ بروتوكولات التشغيل القياسية لكل نوع أو صنف من المخدرات النباتية الاعتداء غير عملي للغاية لتقصي الحالة الروتينية برامج الكروماتوغرافي الفردية.

تحليل مباشر في ارتفاع في الوقت الحقيقي مطياف الكتلة قرار هو التأين المحيطة تقنية الطيف الشامل التي تلتف حول بعض التحديات المرتبطة الطرق التحليلية التقليدية. الغازات والسوائل والمواد الصلبة، والمساحيق، لوحات TLC والأم مصنعيمكن أن تكون جميع تحليلها الاتحاد العالمي للتعليم مباشرة باستخدام التحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة الطيفي، وكلا المركبات القطبية وغير القطبية يمكن الكشف بسهولة في مصفوفات معقدة. 20-22 وعلاوة على ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن مركبات ذات التأثير النفساني يمكن تحديدها بسرعة في المواد النباتية عن طريق التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل مطياف الكتلة، والمعلومات أنواع محددة يمكن استخلاصها من المعالجة الإحصائية للبيانات طيفية الجماعية. 22-26

هنا، علينا أن نبرهن على التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي يمكن استخدامها لتقييم بسرعة مختلف المواد النباتية (مثل النباتات، ومساحيق وعصائر والبذور) لمكوناتها ذات التأثير النفساني، وأن الأنواع والأصناف من النبات و المنتجات المشتقة يمكن تحديد بطريقة سريعة وعالية الإنتاجية. تحليل المواد النباتية ذات الصلة جنائيا من دون الحاجة إلى خطوات إعداد العينات أو الكروماتوغرافي طويلةأوقات التشغيل التحليل، بالإضافة إلى تحديد الأنواع النباتية يقال.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد المواد النباتية

  1. قرطوم الطازجة ورقة المواد
    1. استخدام 6 مم حفرة لكمة لخلق chads موحدة من قرطوم المواد ورقة من م. مصنع سبيسيوسا. كرر 5 مرات.
  2. قرطوم مسحوق استخراج
    1. مزيج 5 مل من الايثانول و 5 مل من الماء المقطر لإنشاء 1: 1 خليط المذيبات لاستخراج.
    2. في أنبوب microcentrifuge 1.5 مل، تعليق كمية صغيرة (~ 5 ملغ) من مسحوق قرطوم بالي في 1 مل من 1: 1 ETOH: H 2 O خليط المذيبات. كرر 5 مرات.
    3. يصوتن قرطوم بالي مسحوق استخراج العينات في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
    4. الطرد المركزي قرطوم بالي مسحوق استخراج عينات لمدة 2 دقيقة في 750 x ج عند درجة حرارة الغرفة.
    5. صب المذيب من مسحوق المتبقية لتحليلها لاحقا.
  3. إعداد البذور الداتورة
    1. شريحة من د. stramالبذور أونيوم في نصف عبر الطائرة عرضية باستخدام شفرة حلاقة. تكرار استخدام 5 بذور مختلفة.
    2. كرر د. inoxia ود. بذور مضطرم.

2. تحليل المباشر في الوقت الحقيقي ايون المصدر معلمات

  1. سخان غاز درجة الحرارة
    1. ضبط درجة حرارة سخان الغاز من المصدر أيون إلى 350 درجة مئوية.
  2. الوضع أيون
    1. إجراء التحليل في وضع ايون ايجابية مع شبكة الجهد 250 V.
  3. الهيليوم معدل تدفق الغاز
    1. ضبط معدل تدفق غاز الهيليوم إلى 2.0 لتر / ثانية.

3. الوقت من الطيران مطياف الكتلة معلمات

  1. الفولتية فوهة
    1. تعيين الجهد فتحة 1-20 V والجهد فتحة 2-5 V.
  2. حلقة عدسة وذروة الجهد
    1. ضبط عدسة حلقة الجهد إلى 5الخامس وتغيير قمم الجهد إلى 600 V.
  3. الكتلة الطيفي اكتساب
    1. تعيين نسبة الاستحواذ الطيفي الشامل إلى 1 الطيف في الثانية على نطاق شامل من م / ض 60-800.
  4. مطياف الكتلة حل السلطة
    1. تعيين حل السلطة من مطياف الكتلة إلى 6000 FWHM.

4. تحليل المواد النباتية

  1. تحليل قرطوم ليف
    1. اضغط على "بدء تشغيل" في البرنامج الشامل السيطرة مطياف. تعليق تشاد من المواد النباتية بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة (حوالي 2 سم من مدخل) مع ملاقط حتى يتم الحصول على الطيف. كرر 5 مرات مع chads منفصلة من المواد النباتية.
    2. معايرة الطيف مع البولي ايثيلين جلايكول 600 (PEG).
      1. تراجع نهاية مغلقة من الأنابيب الشعرية نقطة انصهار في معيار الربط. تعليق الشعرية المغلفة betwالتابعين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة.
    3. بعد تحليل مستوى PEG، حدد زر "توقف" لإنهاء المدى التحليلي.
    4. اضغط على "بدء تشغيل" في البرنامج الشامل السيطرة مطياف. تعليق على كمية صغيرة من المواد ورقة المجفف بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة مع ملاقط حتى يتم الحصول على الطيف. كرر 5 مرات، وتحليل المواد النباتية جديدة في كل مرة.
    5. معايرة الطيف مع PEG.
      1. تراجع نهاية مغلقة من الشعرية إلى مستوى PEG. تعليق الشعرية المغلفة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة.
    6. بعد تحليل مستوى PEG، حدد زر "توقف" لإنهاء المدى التحليلي.
  2. تحليل مسحوق قرطوم
    1. اضغط على "بدء تشغيل" في البرنامج الشامل السيطرة مطياف. تراجع نهاية مغلقة من نقطة الشعرية ذوبان في مسحوق قرطوم.
    2. السقوفد يتم الحصول الشعرية المغلفة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة حتى الطيف. كرر تحليل 5 مرات مع شعري جديد في كل مرة.
    3. معايرة الطيف مع PEG.
      1. تراجع نهاية مغلقة من الشعرية إلى مستوى PEG. تعليق الشعرية المغلفة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة.
    4. بعد تحليل مستوى PEG، حدد زر "توقف" لإنهاء المدى التحليلي.
  3. تحليل استخراج قرطوم
    1. تزج نهاية مغلقة من الأنابيب الشعرية في استخراج.
    2. تعليق الأنابيب الشعرية في حامل 12 عينة على خطي السكك الحديدية تعلق على مطياف الكتلة. كرر 5 مرات مع استخراج مختلفة في كل مرة.
    3. اضغط على "بدء تشغيل" في البرنامج الشامل السيطرة مطياف. باستخدام لوحة التحكم، حدد زر ">" للمضي قدما في خطي السكك الحديدية من خلال مجرى أيون بمعدل 1 ملم / ثانية لجمع الأطياف.
    4. معايرة الطيف مع PEG.
      1. تراجع نهاية مغلقة من الشعرية إلى مستوى PEG. تعليق الشعرية المغلفة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة.
    5. بعد تحليل مستوى PEG، حدد زر "توقف" لإنهاء المدى التحليلي.
  4. تحليل بذور الداتورة
    1. اضغط على "بدء تشغيل" في البرنامج الشامل السيطرة مطياف. تعليق النصف بذور الداتورة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة مع ملاقط حتى يتم جمع الطيف. تأكد من أن الجانب قطع موجه لمواجهة مصدر أيون. كرر 5 مرات، وتحليل بذور جديدة كل نصف الساعة.
    2. معايرة الطيف مع PEG.
      1. تراجع نهاية مغلقة من الشعرية إلى مستوى PEG. تعليق الشعرية المغلفة بين المصدر أيون ومدخل مطياف الكتلة.
    3. بعد تحليل مستوى PEG،حدد زر "توقف" لإنهاء المدى التحليلي.
    4. كرر الخطوات 4.4.1-4.4.3 لكل أنواع الداتورة.

5. معالجة البيانات

  1. ملفات البيانات ترجمة
    1. في برامج معالجة البيانات، حدد الملف، "ترجم الملفات DART" مع "المعايرة التلقائية" قيد التشغيل، لإنشاء ملفات البيانات معايرة.
    2. غادر انقر واسحب مربع حول الذروة الأولى في اللوني وحدد "متوسط" لخلق طيف المتوسط.
    3. انقر بزر الماوس الأيمن واسحب مربع حول المنطقة التي تم جمعها لا عينة وحدد "متوسط ​​مربع كامل الخلفية" لطرح الخلفية من الطيف المتوسط.
    4. حفظ الطيف الكتلي كملف .txt.
    5. كرر الخطوات 5.1.1-5.1.4 لكل الذروة في اللوني لإنشاء الطيف المتوسط ​​لكل تكرار في الملف.
    6. كرر الخطوات 5.1.2-5.1.5 لكل ملف التي تم جمعها.

    6. التحليل الإحصائي

    1. تحليل المكون الأساسي
      1. في القسم صنف من برامج التحليل الطيفي (انظر قائمة من المواد)، تحت عنوان "إعداد" علامة التبويب، إنشاء فصول لمعالجة البيانات عن طريق اختيار "إضافة فئة".
      2. استيراد ملفات نصية من البيانات عن طريق اختيار "إضافة ملف (ق)".
      3. تعيين ملفات البيانات إلى الدرجة المناسبة من النباتات عن طريق اختيار الملفات النصية و"تعيين Class للالملفات المختارة".
      4. اختر الجماهير ميزة للتمييز من مرض التصلب العصبي المتعدد من مجموعة التدريب وتحديد عتبة٪ إلى 1٪.
      5. تعيين التسامح الشامل (MMU) إلى 10 واختر "بناء ناقلات من ملفات البيانات".
      6. في قسم "حساب" و، لتحليل المكون الرئيسي عن طريق التحقق من مربع ل3D PCA الرسم البياني واختر "حساب".
      7. أداء إجازة، من أصل واحد عبر التحقق عن طريق اختيار "التحقق من صحة (بطيء!)."
    2. توليد الحرارة خريطة
      1. في علامة التبويب التردد قطعة برامج التحليل الطيفي، وإنشاء مخطط الحرارة من البيانات عن طريق اختيار "الحرارة الخريطة".
      2. حدد "عتبة البيانات المحفوظة" لتعيين عتبة وفرة إلى 1٪.
      3. تصدير خريطة الحرارة إلى جدول بيانات عن طريق اختيار "حفظ الحرارة خريطة إلى Excel."
      4. في برنامج جداول البيانات، حفظ خريطة الحرارة تصديرها كملف .txt.
    3. تحليل المجموعات الهرمية
      1. استيراد خريطة الحرارة وملف txt إلى العنقودية 3.0 البرمجيات.
      2. في علامة التبويب الهرمي العنقودية 3.0، تحت الجينات والمصفوفات، خانات الاختيار "العنقودية" و "الأوزان حساب". مجموعة قطع في 0.1 و الأس 1. حدد تجميع ربط واحد لإجراء تحليل.
      3. عرض ملف البيانات .cdt ولدت في جاوة تريفيف.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويبين التحليل المباشر التمثيلي التأين لينة وضع إيجابي أيون في الوقت الحقيقي عالية الدقة بيانات مطياف الكتلة من المنتجات قرطوم وبذور الداتورة في الشكلين 2 و 3. مركبات مختلفة المعزولة سابقا من م. سبيسيوسا، بما في ذلك mitragynine (C 23 H 30 N 2 O 4 + H +، م / ض 399.2284) و 7 hydroxymitragynine (C 23 H 30 N 2 O 5 + H +، م ض 415.2233 /)، تم الكشف في كل أربعة وتعرض عينات وبيانات القياس كتلة المقابلة في الجدول 1. وترد 4-8 البيانات الممثل الداتورة في الشكل (3) والمؤشرات الحيوية توقيع بما في ذلك الأتروبين (C 17 H 23 NO 3 + H +، م / ض 290،1756) وسكوبولامين (C 17 H 21 NO 4 + H + م / ض 304.1549) في الأنواع الثلاثة. وتعرض بيانات القياس الشامل المرتبطة الشكل 3 في الجدول 2. وأكد 9-12 الهويات المركبة من خلال تحديد عنصر التكوين، ومطابقة النظير، ومقارنات لتقارير في الأدب 23-24

ويوضح خريطة الحرارة الاداءات التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي أطياف قرطوم والداتورة في الشكل (4)، وقد استخدمت البيانات الواردة في تحليل المكون الرئيسي (PCA) للتمييز بين فئتين من المخدرات النباتية لل سوء المعاملة (الشكل 5). تم بناء مؤامرة محكمة التحكيم الدائمة باستخدام عشرة الجماهير ميزة (المدرجة في الجدول رقم 3)، مع دوائر زرقاء تمثيل البيانات قرطوم والمربعات الحمراء تمثل البيانات الداتورة. الجماهير الميزة المحددة يتفق مع مختلف قلويدات تقديم فيكان الداتورة أو Mitragyna النيابة، بما في ذلك المركبات ذات التأثير النفساني الأتروبين، سكوبولامين، mitragynine و 7 hydroxymitragynine. وشكلت 23-24 ثلاثة مكونات رئيسية لل75،26٪ من التباين وترك واحد خارج تصديق متقاطع (LOOCV) 100٪. ويوضح مؤامرة PCA بوضوح أن البيانات قرطوم والبيانات الداتورة يتم حلها بشكل جيد عن بعضها البعض. وكشف تحليل PCA أيضا أن الأصناف الفردية قرطوم وأنواع مختلفة من الداتورة يمكن تحديدها وتمييزها عن بعضها البعض (الشكل 6). كان LOOCV 94.29٪ مع ثلاثة عناصر رئيسية تغطي 75.26٪ من التباين. في نوعين من قرطوم (بالي في الدوائر الزرقاء ورفعت في المربعات الحمراء) كتلة معا، مما يشير إلى أنها تنتمي إلى الأنواع م. سبيسيوسا، ولكن يتم حلها عن بعضها البعض، مما يدل على أنها تمثل أصناف مختلفة. وعلاوة على ذلك، فإن مجموعة الأنواع الداتورة معا، وفصلها عن م. سالبيانات eciosa، ولكن تختلف كل واحدة من الأنواع الفردية من الداتورة (د inoxia في مثلثات خضراء، D. داتورة في الساحات الوردي وD. مضطرم في الدوائر الفيروز) بشكل واضح. على الرغم من نقطة بيانات عن د. داتورة الظهور بمظهر عزلاء، وتصنف البذور بشكل صحيح كما هو د. داتورة وليس D. inoxia باستخدام اتفاقية الشراكة والتعاون. والأهم من ذلك، والفرق في لون البذور بين د. داتورة ود. يؤكد inoxia كانت من الأنواع المختلفة والتي تشير البيانات في السؤال لا يمكن أن يكون د. inoxia.

تم تنفيذ المجموعات الهرمية (الشكل 7) من دون اختيار مسبق من الجماهير الميزة. بدلا من ذلك، تم استيراد مجموعة كاملة من مجموعات البيانات الطيفية تغطي مجموعة كتلة م / ض 60-800 في البرمجيات مفتوحة المصدر التجميع الجيني وأنتج dendrogram تتميز هذه البيانات. نتائج سكما كشف و HCA الطبقة والأنواع والتمايز متنوعة تستند فقط على التحليل المباشر في بيانات لحظية عالية الدقة الطيفي المشتقة، وأكد أن من تحليل محكمة التحكيم الدائمة. فئتين من المخدرات النباتية من سوء المعاملة، قرطوم والداتورة، تم فصل في اطوار الفردية للdendrogram. وعلاوة على ذلك، والأصناف رفعت وبالي من قرطوم تم عزل كل منها إلى الفردية اطوار الفرعية داخل الطبقة قرطوم. وبالمثل، D. inoxia، D. مضطرم ود. تم حل داتورة في اطوار الخاصة بهم عن طريق الأنواع داخل الطبقة الداتورة.

figure-results-1
الشكل 1. صور من م. سبيسيوسا (قرطوم) المنتجات والداتورة النيابة البذور و: بالي قرطوم أوراق مجففة ب: مسحوق بالي قرطوم؛ ج: رفعت قرطوم يعيش النبات؛ د. بذور داتورة؛ ه: د. بذور inoxia، و: د. بذور مضطرم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2. تحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة الطيفي إيجابي أيون أطياف م. سبيسيوسا (قرطوم) المنتجات من: ورقة جديدة رفعت، ب: ورقة المجفف بالي؛ ج: مسحوق بالي، د: بالي استخراج مسحوق. وأظهرت بيانات القياس الكتلة المرتبطة مع هذه الأطياف في الجدول 1. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3. تحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي أطياف إيجابي أيون من الداتورة النيابة. . البذور و: د. مضطرم، ب: د. inoxia؛ ج: د. داتورة. وتظهر بيانات القياس الجماعية المرتبطة بهذه الأطياف في الجدول 2. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4. خريطة الحرارة الاداءات التحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة الطيفي أطياف المواد النباتية قرطوم والداتورة. مرحبا وتظهر قمم شدة غ في الظلام قمم شدة الحمراء وأقل ما ورد في ظلال أخف وزنا. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5. تحليل المكونات الأساسية (PCA) قطعة قرطوم والداتورة المنتجات التي شيدت باستخدام التحليل المباشر في البيانات المستمدة من مطياف الكتلة عالية الدقة في الوقت الحقيقي. ثلاثة مكونات رئيسية (أجهزة الكمبيوتر) تمثل 75.26٪ من التباين، وإجازة واحد- من التحقق من صحة عبر (LOOCV) كان 100٪. يتم سرد الجماهير ميزة تستخدم لمحكمة التحكيم الدائمة في الجدول 3. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

= "1"> figure-results-6
واستندت الشكل 6. تحليل المكونات الأساسية (PCA) قطعة قرطوم والداتورة المنتجات باستخدام التحليل المباشر في قرار بيانات مطياف الكتلة عالية في الوقت الحقيقي. تعيينات الفئة على مجموعة متنوعة (قرطوم) أو الأنواع (الداتورة) من المواد النباتية. وشكلت ثلاث مكونات رئيسية (أجهزة الكمبيوتر) لل75،26٪ من التباين وإجازة، من أصل واحد عبر التحقق من صحة (LOOCV) كان 94.29٪. يتم سرد الجماهير ميزة تستخدم لمحكمة التحكيم الدائمة في الجدول 3. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الرقم 7. النتائج المجموعات الهرمية التي تم الحصول عليها باستخدام التحليل المباشر في منظمة الشفافية الدولية الحقيقيةلي عالية الدقة المستمدة قياس الطيف الشامل البيانات من تحليل المواد النباتية قرطوم والداتورة. يتم فصل الطبقتين النباتات بشكل واضح إلى فرعين متميزة في dendrogram (كما هو موضح في الأقواس الزرقاء والحمراء لقرطوم والداتورة، على التوالي). يتم حل أنواع البذور الداتورة أيضا عن بعضها البعض (كما هو موضح باللون الأخضر والفيروزي والوردي تحطمت صناديق لD. inoxia، D. مضطرم، وD. داتورة على التوالي). يتم فصل المواد النباتية قرطوم التي كتبها متنوعة (كما هو موضح في مربعات حمراء وزرقاء متقطع لرفعت وبالي، على التوالي). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8
الجدول 1. بيانات القياس قداس المرتبطة أطياف التأين لينة من قرطوم الم Ùسنت المعروضة في الشكل 2. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الجدول.

figure-results-9
الجدول 2. بيانات القياس قداس المرتبطة أطياف التأين لينة من بذور الداتورة المعروضة في الشكل (3). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الجدول.

figure-results-10
الجدول 3. الجماهير ميزة تستخدم لالرئيسية مؤامرة تحليل عنصر من قرطوم والداتورة المنتجات المعروضة في الأرقام 5 و 6.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

القدرة على التعرف على المخدرات النباتية الاعتداء هو زيادة ضرورة بسبب الارتفاع الكبير في تسويق وبيع واستهلاك المؤثرات العقلية غير المجدولة. 2 الطرق التقليدية لتحديد المواد النباتية عادة ما تنطوي على توصيف الخصائص الفيزيائية إلى جانب تحليل المكونات الكيميائية بطرق الطيفي الكروماتوغرافي الشامل الواصلة. ومع ذلك، كل من هذه المناهج التحديات الراهنة لتحليل مبسط. وغالبا ما يتم تدمير الخصائص الفيزيائية من النباتات عندما يتم تجفيفها النباتات، المسحوق أو المستخرجة أثناء عملية التصنيع وعلى هذا النحو، فإنه غالبا ما يكون من الصعب التمييز بين نوع واحد من المنتجات العقلية المستندة إلى النباتات من آخر على أساس الخصائص الفيزيائية وحدها. 23 تحليل من قبل يمكن أن أساليب الطيفي الكروماتوغرافي الشامل سيمكن التعرف على المركبات ذات التأثير النفساني في المصفوفات النبات، ولكن إعداد العينات وتطوير طريقة حان الوقت لالثانية موارد كثيفة، وإنشاء بروتوكولات جديدة لكل فئة أو نوع من المخدرات النباتية الاعتداء غير عملي في العديد من مختبرات الكيمياء الطب الشرعي.

تحليل مباشر في ارتفاع في الوقت الحقيقي مطياف الكتلة قرار تلتف بعض من هذه التحديات، ومصفوفات معقدة مثل أوراق الشجر، مساحيق وعصائر والبذور يمكن تحليلها مع إعداد العينات قليلا. وعلى الرغم من المصفوفات المعقدة للمواد عينات هنا، كانت المكونات ذات التأثير النفساني التي يسهل التعرف عليها، حتى بتركيزات نانوغرام، 21 نظرا لحساسية عالية من مطياف الكتلة. وقد تجلت البذور والأوراق ومساحيق ليتم تحليلها بسهولة عن طريق التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل مطياف الكتلة، ويمكن أيضا مجموعة متنوعة من أنواع أخرى من المواد أخذ عينات بنفس الطريقة، بما في ذلك TLC لوحات، والعملة، وأقراص، والزهور، المرحلة الصلبة microextraction (SPME) الألياف وأغلفة puparial حتى الحشرات. 21-22 من خلال آنا كتلة دقيقةويمكن تحديد تحلل، عنصري تحديد تكوين والنظائر المطابقة، المؤشرات الحيوية والمركبات المصالح، بغض النظر عما إذا ترد المركبات في ورقة، رصدت على لوحة TLC أو المغلفة على الأنابيب الشعرية.

التحليل المباشر في القرار منهجية الطيفي عالية في الوقت الحقيقي يمكن استخدامها لتحليل مبسط كما أن هناك عدد قليل جدا من المعلمات التي تحتاج إلى تعديل من تجربة إلى تجربة. التحليل لا يمكن أن يؤديها في الايجابية أيون أو وضع الأيونات السالبة، ويمكن الكشف عن جزيئات تصل إلى 3000 اتحاد المغرب العربي في كلتا الحالتين. التأين في وضع إيجابي أيون يحدث عن طريق التحويل بروتون من عناقيد الماء المنشط، 21 وأي مركبة مع تقارب بروتون أعلى من المياه سيتم المتأينة. هنا، كان يستخدم وضع إيجابي أيون بسبب تقارب بروتون عالية من القلويدات، والذي يسبب لهم أن المتأينة بسهولة من قبل بروتوناتيون. تحليل في وضع الأيونات السالبة يمكن أن تستخدم للكشف الناجح لhydrocarbإضافات (كما O 2 adducts) 21، والمواد المتفجرة 27 و الأحماض العضوية مثل الأرتيسونات في الأدوية ملاريا. 28 ونظرا لطريقة تأين البروتون نقل وعدم القدرة على إنتاج الأيونات تتكاثر، والتحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة كتلة الطيف يقتصر أساسا على تحليل جزيئات صغيرة تصل إلى 3000 اتحاد المغرب العربي.

ما عدا وضع التأين، ودرجة الحرارة من مصدر ايون هي العوامل الهامة ودرجة الحرارة المناسبة يعتمد إلى حد كبير على عينة قيد التحليل. على سبيل المثال، فمن المهم استخدام انخفاض درجات الحرارة (~ 250 درجة مئوية) لتحليل الألياف SPME لمنع تدمير مواد الطلاء على الألياف، بينما ارتفاع درجات الحرارة (~ 500 درجة مئوية) وينبغي أن تستخدم لتحليل الحمض الأميني لالامتزاز و التأين لاحق. هنا، أجريت تحاليل المواد النباتية في 350 درجة مئوية، وهذا يسمح للتأين من أشباه القلويات وغيرها من المركبات في المصالح معمن تسبب الانحلال الحراري من المركبات في المصفوفة النبات.

التحليل المباشر في القرار التحليل الطيفي عالية في الوقت الحقيقي لا يمكن فقط معرفة المكونات ذات التأثير النفساني من المواد النباتية على أساس الجماهير دقيقة، تقرير التركيب العنصري ومطابقة النظير، ولكنها تنتج أيضا البصمات الكيميائية الفريدة التي يمكن استغلالها لتحديد الأنواع باستخدام التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات مع نتائج استنساخه للغاية، حتى مع مجموعات البيانات أصغر. وقد تم تطبيق التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات لمجموعة واسعة من التحليل المباشر في بيانات مطياف الكتلة قرار الوقت الحقيقي عالية، بما في ذلك تلك المستمدة من الخشب، أغلفة puparial، والبذور، والمواد ورقة، وfuelstocks وقود الديزل الحيوي، وعرض براعة واستنساخ طريقة. 22-26 قدرات الإنتاجية العالية للتحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي تتيح الحصول على كميات كبيرة من SPECTR الشامليتم الحصول على بيانات القاعدة في فترة زمنية قصيرة، وعدد كبير من مكررات اللازمة للتحليل الإحصائي بسهولة باستخدام هذا الأسلوب. وتتألف التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل مطياف الكتلة الطيفي بيانات كتلة الداتورة وقرطوم أكثر من 100 الأطياف الفردية التي تم جمعها مع أقل من ساعة من إجمالي استثمار الوقت. للحصول على نفس العدد من الأطياف باستخدام GC-MS مع برنامج درجة حرارة الفرن لمدة 30 دقيقة سوف يستغرق حوالي 50 ساعة، دون النظر في الوقت المحتسب بدل الضائع لخطوات إعداد العينات، مثل استخراج أو اشتقاق.

تحليل المكون الرئيسي يمكن استخدامها لتسليط الضوء على الاختلافات بين مجموعات من المواد النباتية على أساس وجود وحدة الجماهير الميزة المحددة. يوفر تجهيز التحليل الإحصائي تحديد الأنواع، فضلا عن معلومات الأصناف. غيرها من أساليب التحليل الإحصائي، مثل تحليل المجموعات الهرمية (HCA)، ويمكن أيضا أن يكونتطبيقها دون اختيار مسبق من الجماهير الميزة. وتشير نتائج HCA البصمات الكيميائية شاملة التحليل الإحصائي غير خاضعة للرقابة يمكن تطبيقه بنجاح لتحديد الأنواع من المخدرات النباتية من سوء المعاملة. 25

وقد تجلى التمييز الأنواع من المواد النباتية الطب الشرعي عن طريق التحليل المباشر في حقيقي عال وقت حل الطيفي باستخدام التعرف على المركبات العقلية والمؤشرات الحيوية الأخرى في أطياف كتلة لينة التأين، وتطبيق التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات. كشفت تطبيق نوعين من التحليلات الإحصائية ليس فقط أن الطبقة من المخدرات النباتية الاعتداء يمكن تحديدها، ولكن أيضا أن متنوعة وأنواع من قال المخدرات يمكن أن تحدد على أساس البصمات الكيميائية الفريدة التي لاحظها التحليل المباشر في الوقت عالية الحقيقي قرار مطياف الكتلة. الطريقة المعروضة هنا تمكن السريع، وتحديد الإنتاجية العالية من ميلND-تغيير المواد بطريقة تلتف التحديات التي واجهتها في الطرق التحليلية التقليدية، وتوفر مختبرات الطب الشرعي وسيلة لتوصيف وتحديد المواد النباتية ذات التأثير النفساني دون الوقت والموارد تطوير طريقة المركزة. ويمكن تمديد هذا البروتوكول لتمايز الأنواع من مجموعة متنوعة من المواد الأخرى المشتقة من النباتات. 22-26

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي إفصاح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

والكتاب الامتنان جامعة في صندوق ألباني، جامعة ولاية نيويورك الرئاسة مبادرات للبحوث والمنح الدراسية في علوم الطب الشرعي ومنحة الأمن السيبراني، منحة مؤسسة العلوم الوطنية (جرانت # 1310350) ومنحة معهد الوطني للعدالة (جرانت # 2015-DN-BX- K057) إلى ذاكرة الوصول العشوائي. ونحن نعترف أيضا جوستين E. جيفن لأخذ الصور من المواد النباتية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مطياف الكتلة AccuTOFJEOL USA، Inc.
DART-SVP مصدر أيونIonSense، Inc.DART-SVP
نظام السكك الحديدية الخطيةIonSense، Inc.HW-10029
ثقب المثقاب (6 مم)SwinglineA7074005
منظف بالموجات فوق الصوتية المدمجة بنصف لترCole-PalmerEQ-08849-00
1.5 مل أنابيب الطرد المركزي الدقيقة Eppendorfفيشر Scientific02-682-550
AccuSpin Micro 17R أجهزة الطرد المركزيفيشر العلمية13-100676
# 9 شفرة حلاقة من الفولاذ المقاومستانلي11-515
حامل تلميحIonSense، Inc.SCT-70003
نصائح Dip-itIonSense، Inc.DPT-110
نقطة الانصهار الشعريةKrackeler العلمية1-9530-3
البولي إيثيلين جلايكول (600)سيجما ألدريتش81180
ريفات قرطوم لايف نباتالعالم توريد البذور مجموعة القرطومLIVEKRATOMPLANT
بالي قرطوم ورقة مجففةملك القرطومOZKRAPCOM
بالي مسحوق قرطومالقرطوم KingOZKRAPCOMPOW
em>Datura stramonium< / em> بذورHorizon Herbs LLCPDATUJ
Datura inoxia< em> بذورHorizon Herbs LLCPDATUM
Datura ferox< / em> بذورجورجيا فاينز255/737
الإيثانول ، اللامائيKrackeler Scientific1328-E402-4L
برنامج التحليل الطيفي لمتسلق الجبال الشاملmass-spec-software.comMM-20030-PCA-DVD
TSSPro3 برنامج معالجة البيانات / تقليل البياناتShrader Labs
Cluster 3.0http://bonsai.hgc.jp/~mdehoon/software/cluster/software.htmبرنامج
Java Treeviewhttp://jtreeview.sourceforge.net/مفتوح المصدر برمجيات
للصدأ<مفتوح المصدر

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Authority, E.F.S. EFSA Compendium of botanicals that have been reported to contain toxic, addictive, psychotropic or other substances of concern onrequest of EFSA. EFSA Journal. 7, 1-100 (2009).
  2. The challenge of new psychoactive substances: list of plant-based substances (20 Substances). , UNODC. 101-102 (2013).
  3. Kratom (Mitragyna speciosa Korth). , US Drug Enforcement Administration. Available from: http://www.deadiversion.usdoj.gov/drug_chem_info/kratom.pdf (2013).
  4. Jimson Weed (Datura stramonium). , US Drug Enforcement Administration. Available from: http://www.deadiversion.usdoj.gov/drug_chem_info/jimson_w.pdf (2013).
  5. Jansen, K., Prast, C. Ehtnopharmacology of Kratom and the Mitragyna alkaloids. J. Ethnopharmacol. 23, 115-119 (1988).
  6. Matsumoto, K. Pharmacological Studies on 7-Hydroxymitragynine, Isolated from the Thai Herbal Medicine Mitragyna speciosa: Discovery of an Orally Active Opioid Analgesic. , Chiba University. (2006).
  7. Matsumoto, K., et al. Involvement of µ-opioid receptors in antinociception and inhibition of gastrointestinal transit induced by 7-hydroxymitragynine, isolated from Thai herbal medicine Mitragyna speciosa. Eur. J. Pharmacol. 549, (2006).
  8. Matsumoto, K., et al. Antinociceptive effect of 7-hydroxymitragynine in mice: Discovery of an orally active opioid analgesic from the Thai medicinal herb Mitragyna speciosa. Life Sciences. 74, 2143-2155 (2004).
  9. El Bazaoui, A., Stambouli, H., Bellimam, M. A., Soulaymani, A. Determination of tropane alkaloids in seeds of Datura stramonium L. by GC/MS and LC/MS. Ann. Toxicol. Anal. 21, 183-188 (2009).
  10. Friedman, M., Levin, C. E. Composition of Jimson Weed (Datura stramonium) seeds. J. Agr. Food Chem. 37, 998-1005 (1989).
  11. Philipof, S., Berkhov, S. GC-MS Investigation of tropane alkaloids in Datura stramonium. Z Naturforsch. 57, 559-561 (2002).
  12. Preissel, U., Preissel, H. -G. Brugmansia and Datura: Angel's Trumpets and Thorn Apples. , Firefly Books. (2002).
  13. Boumba, V. A., Mitselou, A., Vougiouklakis, T. Fatal poisoning from ingestion of Datura stramonium seeds. Vet. Hum. Toxicol. 46, 81-82 (2004).
  14. Kronstrand, R., Roman, M., Thelander, G., Eriksson, A. Unintentional Fatal Intoxications with Mitragynine and O-Desmethyltramadol from the Herbal Blend Krypton. J. Anal. Toxicol. 35, 242-247 (2011).
  15. Neerman, M., Frost, R., Deking, J. A drug fatality involving Kratom. J. Forensic Sci. 58, 278-279 (2013).
  16. Steenkamp, P. A., Harding, N. M., Van Heerden, F. R., Van Wyk, B. -E. Fatal Datura poisoning: Identification of atropine and scopolamine by high performance liquid chromatography / photodiode array / mass spectrometry. Forensic Sci. Int. 145, 31-39 (2004).
  17. Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drug Recommendations. , Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drugs. (2014).
  18. Kikura-Hanajiri, R., et al. Simultaneous analysis of mitragynine, 7-hydroxymitragynine, and other alkaloids in the psychotropic plant "Kratom" (Mitragyna speciosa) by LC-ESI-MS. Forensic Toxicol. 27, 67-74 (2009).
  19. Wang, M., et al. Comparison of three chromatographic techniques for the detection of mitragynine and other indole and oxindole alkaloids in Mitragyna speciosa (Kratom) plants. J. Separation Sci. , (2014).
  20. Cody, R. Observation of molecular ions and analysis of nonpolar compounds with the Direct Analysis in Real Time ion source. Anal. Chem. 81, 1101-1107 (2009).
  21. Cody, R., Laramee, J., Durst, H. D. Versatile new ion source for the analysis of materials in open air under ambient conditions. Anal. Chem. 77, 2297-2302 (2005).
  22. Musah, R. A., et al. A High Throughput Ambient Mass Spectrometric Approach to Species Identification and Classification from Chemical Fingerprint Signatures. Sci. Rep. 5, (2015).
  23. Lesiak, A. D., Cody, R. B., Dane, A. J., Musah, R. A. Rapid detection by direct analysis in real time-mass spectrometry (DART-MS) of psychoactive plant drugs of abuse: The case of Mitragyna speciosa aka "Kratom". Forensic Sci. Int. 242, 210-218 (2014).
  24. Lesiak, A. D., Cody, R. B., Dane, A. J., Musah, R. A. Plant Seed Species Identification from Chemical Fingerprints: A High-Throughput Application of Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry. Anal. Chem. , (2015).
  25. Espinoza, E. O., et al. Distinguishing wild from cultivated agarwood (Aquilaria spp.) using direct analysis in real time and time of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 28, 281-289 (2014).
  26. Lancaster, C., Espinoza, E. Evaluating agarwood products for 2-(2-phenylethyl)chromones using direct analysis in real time time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26, 2649-2656 (2012).
  27. Sisco, E., Dake, J., Bridge, C. "Screening for trace explosives by AccuTOF™-DART®: An in-depth validation study.". Forensic Sci. Int. 232, 160-168 (2013).
  28. Fernandez, F. M., et al. Characterizatoin of solid counterfeit drug samples by desorption electrospray ionization and direct analysis in real time coupld to time-of-flight mass spectrometry. Chem. Med. Chem. 1, 702-705 (2006).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Direct Analysis Real TimeBotanical Material IdentificationMultivariate Statistical AnalysisAmbient Ionization Mass SpectrometryPrinciple Component AnalysisHierarchical Clustering AnalysisKratom Leaf MaterialDatura Seeds AnalysisPEG Calibration Method

مقالات ذات صلة