大気圧化学イオン化四重極質量分析法と組み合わせた揮発性有機化合物の大気抽出
2017年7月14日
発泡抽出は、揮発性および半揮発性化合物の分析のための新しい実験技術である。キャリアガスは、過圧をかけてサンプルを攪拌することによって液体サンプルに溶解される。次に、試料室を減圧する。検体種は、沸騰により気相に遊離する。
この抽出手順の全体的な目標は、液体サンプルから揮発性化合物を遊離し、これらの化合物を質量分析計に移して検出することです。この方法は、飲料や廃水にどのような揮発性化合物が存在するかなど、科学の分野や環境化学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、高速で、質量分析検出を使用してオンラインで実施されることです。
私がこの方法を思いついたのは、晴れた日に炭酸飲料のボトルを開けたときでした。二酸化炭素の泡が飲み物の香りを放ちました。このプロセスを研究室で簡単に再現できると感じました。
この手順を開始するには、10マイクロリットルのリモネンと990マイクロリットルのエタノールを混合して、エタノール中のリモネンの原液を準備します。実際のサンプルを準備するには、まずキッチンスクイーザーで新鮮なライムフルーツを絞ってライムジュースを採取します。次に、2ミリリットルのライムジュースを500マイクロリットルのエタノールに混ぜます。
LC-MSグレードの水を最終容量10ミリリットルまで加え、メスフラスコをよく振ってください。希釈したライムジュースの準備したサンプルを、セプタムキャップ付きの20ミリリットルのスクリュートップヘッドスペースガラスバイアルに移します。次に、2ミリリットルのライムジュース、10マイクロリットルのリモネンストック溶液、および490マイクロリットルのエタノールを混合して、スパイクサンプルを準備します。
LC-MSグレードの水を最終容量10ミリリットルまで加え、メスフラスコをよく振ってください。炭酸ガスボンベを発泡性抽出システムのガス供給入口に接続します。ガスレギュレーターのバルブを開きます。
次に、出力圧力を1.5バールに設定します。これに続いて、抽出チャンバー出口をイオン源入口に接続します。次に、発泡性抽出システムを12ボルトの電源に接続します。
炭酸抽出システムに接続されたトリプル四重極質量分析計のデータ収集ソフトウェアをセットアップします。脱溶媒ラインの温度を250°Cに、乾燥ガスの流量を毎分15リットルに設定します。次に、MSデータ取得メソッドファイルを選択します。
衝突電圧がマイナス 20 ボルト、プリカーサー イオン マスター電荷比が 137 、フラグメント イオン マスター電荷比が 81 と 95 であることを確認します。次に、[Start Single Run]ボタンをクリックします。スクリューマウントを使用して、サンプルバイアルを発泡性抽出システムに入れます。
発泡性抽出システムのLCDシールドにあるスタートボタンを押します。自動炭酸抽出プロセスが進行している間、トリプル四重極質量分析計のスクリーン上でイオン信号の発達を観察します。二酸化炭素は単純なもので加圧され、その後、単純なチャンバーが減圧され、発泡性につながります。
炭酸抽出プロセスが完了したら、サンプルバイアルをシステムから外します。サンプル攪拌スピンドルをセルロースティッシュで拭きます。次に、スピンドルをエタノールで洗い、セルロースティッシュで拭きます。
電源を切った後、発泡性抽出出口チューブをイオン源から外します。次に、ガスボンベのバルブを閉じ、ガスチューブを外します。マスター電荷比81の抽出されたイオン電流を、トリプル四重極質量分析計のデータ収集ソフトウェアからASCIIファイルにエクスポートします。
まず、[フォルダの選択]をクリックして、データファイルを選択します。[ファイル]タブをクリックし、[データのエクスポート]を選択し、[データをASCIIとしてエクスポート]を選択します。[出力ファイル]を選択し、ファイルパスを選択して、[開く]をクリックします。
次に、MS Chromatogram(MC)を選択しますピーク波形解析ソフトウェアにデータをインポートしてピーク面積を測定するには、[File]タブから[Import]オプションを選択します。データファイルを開き、[Yes]ボタンをクリックして、[X]列と[Y]列のデータを選択します。次に、[OK]をクリックし、[Auto Fit Peaks One Residuals]オプションを選択します。
次に、抽出ピークを半自動的にフィットし、フィット曲線が実験データポイントに従うことを確認します。「List Peak Estimates」オプションを選択し、次に「ASCII Editor」オプションを選択します。フィット結果をクリップボードにコピーします。
データ解析ソフトウェアでピーク面積を入力するには、まずY列にピーク面積値を入力し、X列に濃度値を入力します。プロットタブで、シンボルと散布図を選択します。次に、解析タブからフィットと線形フィットを選択します。
抽出イベントの時間的ピーク領域は、炭酸抽出にかけられた液体サンプル中の分析種の濃度と相関しており、定量分析が可能です。この実験では、この手法の定量的能力を実証するために、ダブルスタンダード版を実施しました。希釈したライムジュースサンプルに添加されたリモネン標準の濃度と時間的ピーク領域を関連付けるプロットを以下に示します。
得られた傾きと切片の値に基づいて、希釈されたライムジュースサンプル中のリモネンの濃度は、1リットルあたり10の8.51倍からマイナス5モルでした。希釈係数を掛けた後、元のライムジュースサンプル中のリモネンの濃度は、1リットルあたり10のマイナス4モルの4.26倍でした。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば10分以内に完了できます。
この手順を試行する際は、実験パラメータを正しく設定することを忘れないようにすることが重要です。このビデオを見れば、発泡性抽出装置のセットアップ方法と実際のサンプルの抽出方法について十分に理解できるはずです。圧縮ガスでの作業は非常に危険である可能性があるため、この手順を実行するときは常に安全ゴーグルを着用するなどの予防措置を講じる必要があることを忘れないでください。
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概要
Fizzy extractionは、揮発性および半揮発性化合物を分析するために設計された新しい実験手法です。キャリアガスを利用し、過圧をかけることにより、この手法では分析対象種を気相へと効果的に放出させ、検出を行います。
研究の主要構成要素
科学分野
- 環境化学
- 分析化学
- 揮発性化合物分析
背景
- この手法は、液体試料から揮発性化合物を抽出することを目的としています。
- これにより、これらの化合物を分析用の質量分析計へ効率的に導入することが可能になります。
- 本法は、飲料分析や廃水評価など、さまざまな分野に応用できます。
- 炭酸飲料の発泡にヒントを得たこの手法は、制御された実験室環境において自然なプロセスを模倣したものです。
研究目的
- 揮発性化合物の迅速かつ効率的な抽出法を開発すること。
- 質量分析法を用いて検出能を向上させること。
- 揮発性化合物の存在に関する主要な科学的課題に対処すること。
使用された手法
- 液体試料中にキャリアガスを溶解させるための加圧。
- ガスの溶解を促進するための攪拌。
- 分析物を放出させるための試料室の減圧。
- 迅速な分析を可能にする質量分析計によるオンライン検出。
主な結果
- 本手法により、液体試料から揮発性化合物を効率的に抽出することができた。
- 従来の手法と比較して、迅速な分析が可能であることが実証された。
- 飲料および排水の組成に関する知見が得られた。
- 環境化学および分析化学におけるより広範な応用の可能性が示された。
結論
- フィジー抽出（Fizzy extraction）は、揮発性化合物の分析において有望な手法です。
- この手法は、質量分析による検出において速度と効率の面で利点があります。
- 本手法は、環境化学研究に大きな進展をもたらす可能性があります。
よくある質問
業界における実用的意義
Fizzy extractionは、液体マトリックスから揮発性分析物を迅速かつ溶媒量を最小限に抑えて遊離させ、直接的なMS検出を可能にするため、初期探索におけるハイスループットスクリーニングを支援します。この手法の迅速性とオンライン結合により、試料調製のボトルネックが解消され、複雑な生物学的または環境抽出物における化合物プロファイリングのスループットが向上します。これにより、本手法は、タイムリーな化合物同定および半定量的な追跡を必要とするワークフローにおいて、拡張可能なフロントエンドとして位置づけられます。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲット検証
- 科学的価値：揮発性代謝物プロファイルの解析を可能にし、代謝経路における仮説に基づいたターゲット同定を支援します。
- 実用的価値：広範な誘導体化を行うことなく、培養上清や生体試料中の揮発性バイオマーカーの迅速なスクリーニングを実現します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 化合物濃度との相関を目的としたピーク面積定量に適した、再現性のある時間的なイオン信号を生成する。
- 運用的価値： 自動バブリングおよび減圧サイクルを通じてアッセイの標準化を促進し、ラン間の整合性を向上させる。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値：疾患モデルにおける翻訳バイオマーカーの候補となる揮発性有機化合物の検出を支援します。
- 運用的価値：溶媒による干渉を最小限に抑え、前臨床検体における代謝物の変動の縦断的モニタリングを可能にします。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、詳細な表現型スクリーニングに先立ち、迅速な揮発性化合物のプロファイリングによってリード化合物の同定やメカニズム的なリスク低減を行う、初期探索ワークフローに適しています。
- 探索生物学：揮発性代謝物を遊離させ、MSベースの経路解明による仮説検証を支援します。
- スクリーニング：定量的なピーク面積を出力し、処理条件間または遺伝的摂動間の比較を可能にします。
- 分析学：質量分析によるイオン電流を提供し、分析物の放出速度論の半定量的な追跡を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：生理状態を反映する揮発性シグネチャーを捕捉することで、バイオマーカー探索へと繋げます。
- エンタープライズ再利用：複数のMSプラットフォームに適応可能なモジュール式サンプル導入システムであり、繰り返し利用が可能です。
運用および企業への影響
- 科学的価値：マトリックス効果と化学ノイズを低減することで、揮発性代謝物検出における予測の信頼性を向上させます。
- 運用上の価値：標準化された圧力サイクリングと自動サンプルハンドリングにより、再現性を高めます。
- 戦略的価値：化合物の迅速な検出データを提供することで、初期スクリーニングにおけるGo/No-go判断を加速させます。
- ポートフォリオへの影響：揮発性化合物のリスクや機会を早期に可視化することで、リスク調整後の優先順位付けを支援します。
実施上の検討事項
- ガスハンドリング、MSチューニング、および揮発性化合物の化学に関する専門知識が必要です。
- 加圧ガス供給源、抽出チャンバー、およびMS互換のイオン源インターフェースが必要です。
- ユーザーや研究室間で、圧力、減圧速度、および撹拌パラメータの標準化が求められます。
- 培地や生体流体などの多様な生物学的サンプルに適応させる際は、マトリックス効果を考慮する必要があります。
- APCI条件下で十分な揮発性とイオン化効率を持つ分析物のみに限定されます。
