Extração efervescente de compostos orgânicos voláteis combinados com a espectrometria de massa de quadrupoolos de ionização química de pressão atmosférica
14 de julho de 2017
A extração de Fizzy é uma nova técnica de laboratório para análise de compostos voláteis e semivoláteis. Um gás transportador é dissolvido na amostra líquida aplicando sobrepressão e agitando a amostra. A câmara de amostra é então descomprimida. As espécies de analito são liberadas para a fase gasosa devido à efervescência.
O objetivo geral deste procedimento de extração é liberar compostos voláteis de uma amostra líquida e transferir esses compostos para o espectrômetro de massas para detecção. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área da ciência ou da química ambiental, como quais compostos voláteis estão presentes em bebidas ou águas residuais. A principal vantagem dessa técnica é que ela é rápida e realizada em linha com detecção por espectrometria de massas.
Tive pela primeira vez a ideia para este método ao abrir uma garrafa de bebida carbonatada em um dia ensolarado. As bolhas de dióxido de carbono liberaram o aroma da bebida. Senti que poderíamos reproduzir facilmente esse processo em laboratório.
Para iniciar este procedimento, prepare uma solução estoque de limoneno em etanol misturando 10 microlitros de limoneno com 990 microlitros de etanol. Para preparar a amostra real, esprema primeiro uma fruta de lima fresca em um espremedor de cozinha para obter suco de lima. Em seguida, misture dois mililitros de suco de lima em 500 microlitros de etanol.
Adicione água grau LC-MS até um volume final de 10 mililitros e agite bem o balão volumétrico. Transfira a amostra preparada de suco de lima diluído para um frasco de vidro com tampa rosqueável e septo de 20 mililitros. Em seguida, prepare uma amostra adicionada misturando dois mililitros de suco de lima, 10 microlitros da solução estoque de limoneno e 490 microlitros de etanol.
Adicione água de grau LC-MS até um volume final de 10 mililitros e agite bem o frasco volumétrico. Conecte um cilindro de gás carbônico à entrada de suprimento de gás de um sistema de extração com gás. Abra a válvula no regulador de gás.
Em seguida, ajuste a pressão de saída para 1,5 bar. Após isso, conecte a saída da câmara de extração à entrada da fonte de íons. Em seguida, conecte o sistema de extração espumante a uma fonte de alimentação de 12 volts.
Configure o software de aquisição de dados de um espectrômetro de massas com triplo quadrupolo conectado ao sistema de extração fizzy. Ajuste a temperatura da linha de dessolvatação para 250 graus Celsius e o fluxo do gás de secagem para 15 litros por minuto. Em seguida, selecione o arquivo do método de aquisição de dados do MS.
Verifique se a tensão de colisão é de menos 20 volts, se a razão de carga iônica precursora é de 137 e se as razões de carga iônica fragmento são 81 e 95. Em seguida, clique no botão Iniciar Execução Única. Coloque um frasco de amostra no sistema de extração por efervescência utilizando o suporte de rosca.
Pressione o botão de início no painel LCD do sistema de extração efervescente. Enquanto o processo automatizado de extração efervescente estiver em andamento, observe o desenvolvimento dos sinais iônicos na tela do espectrômetro de massas com triplo quadrupolo. O dióxido de carbono é pressurizado na câmara simples. Em seguida, a câmara simples é descomprimida, o que provoca a efervescência.
Após a conclusão do processo de extração com efervescência, desparafuse o frasco da amostra do sistema. Limpe o agitador da amostra com tecido de celulose. Em seguida, lave o agitador com etanol e seque-o com tecido de celulose.
Após desligar a fonte de alimentação, desconecte o tubo de saída da extração de gás da fonte de íons. Em seguida, feche a válvula do cilindro de gás e desconecte a tubulação de gás. Exporte as correntes de íons extraídos para a proporção de carga principal 81 a partir do software de aquisição de dados do espectrômetro de massas com triplo quadrupolo para arquivos ASCII.
Primeiro, clique em Selecionar Pasta e escolha o arquivo de dados. Clique na guia Arquivo, selecione Exportar Dados e escolha Exportar Dados como ASCII. Selecione Arquivo de Saída, escolha o caminho do arquivo e clique em Abrir.
Em seguida, selecione o Cromatograma MS (MC). Para importar os dados no software de integração de picos e medir as áreas dos picos, selecione a opção Importar na guia Arquivo. Abra o arquivo de dados, clique no botão Sim e selecione os dados nas colunas X e Y. Em seguida, clique em OK e selecione a opção Ajustar Picosem Automaticamente com Resíduos.
Agora, ajuste o pico de extração de forma semi-automática, garantindo que a curva ajustada siga os pontos de dados experimentais. Selecione as opções Listar Estimativas de Pico e, em seguida, Editor ASCII. Copie os resultados do ajuste para a área de transferência.
Para inserir as áreas dos picos no software de análise de dados, primeiro insira os valores das áreas dos picos na coluna Y e os valores de concentração na coluna X. Na guia Plot, selecione Símbolo e Dispersão. Em seguida, selecione Ajuste e Ajuste Linear na guia Análise.
As áreas máximas temporais dos eventos de extração são correlacionadas com as concentrações dos analitos na amostra líquida submetida à extração efervescente, o que permite a análise quantitativa. Neste experimento, foi realizada uma dupla adição de padrão para demonstrar as capacidades quantitativas da técnica. Um gráfico relacionando as áreas dos picos temporais com a concentração do padrão de limoneno adicionado à amostra de suco de lima diluído é apresentado aqui.
Com base nos valores de inclinação e intercepto obtidos, a concentração de limoneno na amostra diluída de suco de lima foi de 8,51 vezes 10 à potência de menos cinco mols por litro. Após multiplicar pelo fator de diluição, a concentração de limoneno na amostra original de suco de lima foi de 4,26 vezes 10 à potência de menos quatro mols por litro. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em menos de 10 minutos, se for executada corretamente.
Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de ajustar corretamente os parâmetros experimentais. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como montar o equipamento de extração efervescente e realizar extrações de amostras reais. Não se esqueça de que trabalhar com gás comprimido pode ser extremamente perigoso e precauções, como o uso de óculos de segurança, devem sempre ser tomadas ao executar este procedimento.
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Visão Geral
A extração espumante é uma técnica laboratorial inovadora projetada para analisar compostos voláteis e semivoláteis. Ao utilizar um gás de arraste e aplicar pressão acima da atmosférica, este método libera eficazmente espécies analíticas na fase gasosa para detecção.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Química Ambiental
- Química Analítica
- Análise de Compostos Voláteis
Contexto
- A técnica tem como objetivo extrair compostos voláteis de amostras líquidas.
- Ela facilita a transferência desses compostos para espectrômetros de massa para análise.
- Este método pode ser aplicado em diversas áreas, incluindo análise de bebidas e avaliação de águas residuais.
- Inspirado na efervescência de bebidas carbonatadas, ele simula processos naturais em um ambiente laboratorial controlado.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método rápido e eficiente de extração de compostos voláteis.
- Aprimorar as capacidades de detecção utilizando espectrometria de massas.
- Responder perguntas científicas fundamentais sobre a presença de compostos voláteis.
Métodos Utilizados
- Aplicação de sobrepressão para dissolver o gás de arraste em amostras líquidas.
- Agitação para facilitar a dissolução do gás.
- Descompressão da câmara de amostra para liberar os analitos.
- Detecção em linha com espectrometria de massas para análise rápida.
Resultados Principais
- O método libera com sucesso compostos voláteis de amostras líquidas.
- Demonstra capacidade de análise rápida em comparação com métodos tradicionais.
- Fornece informações sobre a composição de bebidas e águas residuais.
- Mostra potencial para aplicações mais amplas em química ambiental e analítica.
Conclusões
- A extração espumante é uma técnica promissora para a análise de compostos voláteis.
- Ela oferece vantagens em velocidade e eficiência para a detecção por espectrometria de massas.
- Este método poderá levar a avanços significativos na pesquisa em química ambiental.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A extração efervescente permite a liberação rápida e com mínimo uso de solvente de analitos voláteis a partir de matrizes líquidas para detecção direta por MS, apoiando triagem de alta produtividade na fase inicial de descoberta. A velocidade do método e seu acoplamento em linha reduzem gargalos na preparação de amostras, aumentando a produtividade no perfilamento de compostos em extratos biológicos ou ambientais complexos. Isso posiciona a técnica como uma etapa inicial escalável para fluxos de trabalho que exigem identificação rápida de compostos e rastreamento semi-quantitativo.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de perfis de metabólitos voláteis para apoiar a identificação de alvos baseada em hipóteses em vias metabólicas.
- Valor Operacional: Oferece triagem rápida de sobrenadantes de culturas ou biofluidos para biomarcadores voláteis sem necessidade de extensa derivatização.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera sinais iônicos temporais reprodutíveis passíveis de quantificação por área do pico para correlação com a concentração do composto.
- Valor Operacional: Facilita a padronização de ensaios por meio de ciclos automatizados de borbulhamento e descompressão, melhorando a consistência entre execuções.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Apoia a detecção de compostos orgânicos voláteis como possíveis biomarcadores translacionais em modelos de doenças.
- Valor Operacional: Permite o monitoramento longitudinal de alterações nos metabólitos em amostras pré-clínicas com mínima interferência do solvente.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere em fluxos de trabalho de descoberta inicial, nos quais o perfilamento rápido de compostos voláteis orienta a identificação de compostos promissores e a redução de riscos mecanicistas antes da realização de triagens fenotípicas mais aprofundadas.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses ao liberar metabólitos voláteis para a elucidação de vias baseada em espectrometria de massa.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas de área dos picos, permitindo comparação entre condições de tratamento ou perturbações genéticas.
- Análise: Fornece correntes iônicas espectrométricas de massa que permitem o rastreamento semi-quantitativo da cinética de liberação de analitos.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à descoberta de biomarcadores ao capturar assinaturas voláteis refletivas de estados fisiológicos.
- Reutilização Empresarial: Representa um sistema modular de introdução de amostras adaptável a múltiplas plataformas de espectrometria de massa para uso repetido.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva na detecção de metabólitos voláteis ao reduzir efeitos de matriz e ruído químico.
- Valor Operacional: Melhora a reprodutibilidade por meio do ciclopadrão de pressão e manipulação automatizada de amostras.
- Valor Estratégico: Acelera decisões de prosseguimento ou descarte em triagens iniciais ao fornecer dados rápidos de detecção de compostos.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco mediante visibilidade precoce de possíveis riscos ou oportunidades relacionados a compostos voláteis.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em manipulação de gases, ajuste de espectrômetro de massas (MS) e química de compostos voláteis.
- Necessita de uma fonte de gás pressurizado, câmara de extração e interface de fonte de íons compatível com MS.
- Exige padronização de pressão, taxa de descompressão e parâmetros de agitação entre diferentes usuários e laboratórios.
- Deve levar em conta os efeitos de matriz ao ser adaptado a diversas amostras biológicas, como meios de cultura ou biofluidos.
- Limitado a analitos com volatilidade e eficiência de ionização suficientes sob condições de ionização por spray atmosférico (APCI).
