Экстракция и детектирование геосмина и 2-метилизоборнеоола в воде и рыбе с помощью высокопроизводительных сорбционных экстракционных зондов и ГХ-МС

[Рассказчик] В этом видео мы продемонстрируем процесс экстракции и детектирования геосмина и 2-метилизоборнеоола из проб воды и рыбы с помощью высокопроизводительных сорбционных экстракционных зондов и газовой хромато-масс-спектрометрии, или ГХ-МС. Геосмин и 2-метилизоборнеол являются летучими органическими соединениями микробного происхождения, которые встречаются в ручьях, прудах, колодцах или даже в системах замкнутого водоснабжения. Эти одоранты могут придавать неприятные запахи и вкус воде и рыбе, выращенным в ней, даже в экстремально низких концентрациях. Здесь мы видим ученого, собирающего воду из рециркуляционной системы аквакультуры. Образцы воды геосмин и 2-метилизоборнеол собираются в коричневые стеклянные флаконы, рассчитанные на содержание ЛОС, в которых не остается воздуха. Для этого погрузите флакон в воду и закупорьте его крышкой, чтобы не осталось пузырьков воздуха. Мы начинаем с подготовки наших калибровочных и внутренних стандартов. Сначала приготовьте исходный раствор с маркировкой С1, добавив в 100-миллилитровую мерную колбу 10 микролитров раствора геосмина и 2-метилизоборнеола в концентрации 100 микрограммов на литр. Наполните колбу до отметки объема метанолом марки LC/MS. В результате получается раствор, содержащий каждый аналит в концентрации 10 микрограммов на литр. Далее подготавливают калибровочные эталоны путем добавления заданных объемов исходного раствора С1 в 100-миллилитровые мерные колбы и наполнения до объема деионизированной водой. Важно ежедневно готовить свежие калибровочные эталоны, так как эти растворы чрезвычайно скоропортящиеся. Для внутренних стандартов создать исходный раствор I1, добавив 10 микролитров 2-изопропил-3-метоксипиразина, также известного как IPMP, в однолитровую мерную колбу, наполненную метанолом класса LC/MS, из расчета 10 мг на литр исходного раствора. Затем приготовьте второй раствор I2, добавив сто микролитров исходного раствора I1 в стомиллилитровую мерную колбу и заполнив ее деионизированной водой до достижения концентрации 10 микрограмм на литр. Начните с того, что поместите одну пробу воды из флакона объемом 20 миллилитров в лоток для образцов. Отвесьте 2,5 грамма хлорида натрия и добавьте его в каждый флакон с образцом. Добавление соли усиливает перенос геосмина и MIB из воды в свободное пространство. Добавьте по пять миллилитров образца воды в каждый флакон и добавьте в него 50 микролитров внутреннего стандартного раствора I2. Закупорьте и запечатайте каждый флакон сразу после приготовления, чтобы свести к минимуму потерю аналита. Следующим этапом является экстракция аналита. Поместите лоток для образцов в держатель лотка автосамплера и подготовьте метод прибора со следующими основными настройками: Время предварительного перемешивания проб в течение 10 минут. Параметры отбора проб: Инкубировать при температуре 65 градусов Цельсия в течение 30 минут со скоростью перемешивания 400 об/мин. Убедитесь, что включена опция зонда Wash HiSorb, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение между образцами. Десорбция зонда: Установите на 15 минут при температуре 270 градусов Цельсия. Настройки конденсатоотводчика: температура загрузки сифона 25 градусов Цельсия и скорость раздельного потока восемь миллилитров в минуту. После того, как эти настройки будут выполнены, запустите автоподатчик в сочетании с методом GC-MS для анализа проб воды. Для анализа тканей рыб поместите в лоток один флакон объемом 20 миллилитров на каждый образец рыбы. Гомогенизируйте рыбную ткань с помощью кухонного комбайна и взвесьте один грамм гомогенизированной ткани в каждый флакон. Добавьте пять миллилитров насыщенного раствора хлорида натрия и добавьте в каждый образец 100 микролитров внутреннего стандартного раствора I2. Немедленно закройте крышкой и запечатайте каждый флакон. Метод экстракции образцов рыбы аналогичен методу экстракции воды, но с ключевыми отличиями, обусловленными богатой липидами природой тканей рыб. Эти различия включают в себя время перемешивания перед отбором проб: Установите на 20 минут. Температура инкубации проб: 80 градусов Цельсия в течение 30 минут со скоростью перемешивания 400 об/мин. Убедитесь, что функция щупа Wash HiSorb включена. После выполнения этих шагов запустите автосэмплер в сочетании с методом GC-MS для анализа проб рыб, Одни и те же параметры GC-MS применимы как для воды, так и для методов тканей рыбы. ГК оснащена пятью колоннами МС размером 30 метров на 0,25 миллиметра на 0,25 микрона. В качестве газа-носителя используется сверхчистый гелий, скорость потока которого составляет два миллилитра в минуту. Программа печи начинается с начальной температуры 60 градусов Цельсия, удерживаемой в течение трех минут, за которой следует температурное нарастание от 10 градусов Цельсия в минуту до 100 градусов Цельсия, затем от 20 градусов Цельсия в минуту до 190 градусов Цельсия и от 30 градусов Цельсия в минуту до 280 градусов Цельсия с конечным временем выдержки две минуты. Общее время работы составляет примерно 16,5 минут. Для передаточной линии между GC и MS установите температуру 280 градусов Цельсия с источником ионов на 250 градусов Цельсия и четверкой на 200 градусов Цельсия. В режиме MS для сканирования используйте диапазон от 50 до 350 отношения массы к заряду. Для мониторинга выбранных ионов (SIM) используйте следующие ионы для количественной оценки и подтверждения: IPMP, отношение массы к заряду 152 и 137. MIB, соотношение массы к заряду от 95 до 107. И геосмин, 112 и 55 массово-зарядное отношение. Наконец, всегда вручную проверяйте выбор пиков в программном обеспечении для хроматографии, чтобы избежать ошибок. В этом протоколе изложены шаги по обнаружению геосмина и 2-метилизоборнеоола в пробах воды и рыбы с использованием высокопроизводительных сорбционных экстракционных зондов и ГХ-МС. Тщательно следуя этим инструкциям, исследователи могут обеспечить точные и надежные результаты анализа присутствия этих соединений. На рисунке 1 показано влияние температуры десорбции зонда на перенос. Лабораторный стандарт, содержащий геосмин и 2-метилизоборнеол в концентрации 20 нанограммов на литр, был проанализирован при трех различных температурах десорбции зонда. На панели A представлены средние пиковые площади для geosmin и MIB. Каждый зонд впоследствии был десорбирован еще дважды при той же начальной температуре для оценки уноса. Результаты для geosmin и MIB показаны на панелях B и C соответственно. Перенос выражается в виде площади пика в процентах от начальной площади пика. Полосы погрешностей представляют собой стандартное отклонение по трем репликациям. Результаты показывают, что более высокая температура десорбции сводит к минимуму унос без ущерба для чувствительности. На втором рисунке представлено сравнение восстановления скорректированных и нескорректированных данных для аналитических стандартов при 15 и 40 нанограммах на литр с использованием зондов PDMS для экстракции. Образцы были скорректированы с использованием 2-изопропил-3-метоксипиразина, или IPMP, в качестве внутреннего стандарта. Без коррекции восстановление было значительно ниже, с коррекциями примерно в 60% от известных спайковых количеств. После корректировки извлечение составило почти 100%, что свидетельствует о важности использования внутренних стандартов для точной количественной оценки. На третьем рисунке сравниваются данные восстановления геосмина слева и 2-метилизоборнеоола справа при концентрации 15 нанограммов на литр с использованием двух типов зондов: только PDMS и трехфазных зондов, которые включают PDMS, дивинилбензол и углерод широкого диапазона. Оба типа зондов демонстрируют хорошую производительность, хотя пробники, работающие только с PDMS, имеют несколько более высокую скорость восстановления. Учитывая этот результат и экономию средств, дальнейший анализ был проведен с помощью зондов, основанных только на PDMS. На рисунке 4 показана линейная регрессия калибровочных кривых для геосмина и MIB. Сплошной диапазон представляет geosmin со значением R-квадрат 0,9999, а пунктирная линия представляет MIB, также со значением R-квадрат 0,9999. Обе кривые демонстрируют превосходную линейность с минимальной погрешностью, подтверждая количественную точность метода в диапазоне исследуемых концентраций. На рисунке 5 показаны концентрации геосмина и 2-метилизоборнеола в пробах воды, взятых из семи различных систем аквакультуры. На панели А показаны концентрации геосмина, а на панели В - концентрации MIB. Каждая система имела по крайней мере три репликации, и в большинстве случаев концентрации этих соединений превышали пределы, установленные методом обнаружения. Одна система, помеченная как система номер один, превысила порог человеческого запаха для геосмина, что подчеркивает потенциальную проблему с качеством воды в этой системе. На рисунке 6 представлены данные двух образцов рыб, помеченных F1 и F2, которые были приправлены геосмином и 2-метилизоборнеолом. Оба соединения были проанализированы в трех экземплярах для определения извлечения и точности. На графике построены концентрации геосмина и MIB, а также образцы рыбы с шипами, что демонстрирует способность метода точно обнаруживать эти соединения даже в богатых липидами тканях рыб. Описанные сегодня методы обеспечивают надежную основу для чувствительного обнаружения геосмина и 2-метилизоборнеола. Благодаря интеграции высокопроизводительных сорбционных экстракционных зондов и высокоточному анализу ГХ-МС, мы продемонстрировали метод, который значительно расширяет наши возможности обнаружения. Это методологическое усовершенствование не только повышает производительность, но и снижает риск человеческой ошибки и повышает воспроизводимость результатов. По мере того, как мы будем продолжать совершенствовать эти методы, они, несомненно, станут незаменимыми инструментами в области мониторинга окружающей среды и оценки качества продуктов питания.