Summary
Deze methode voor twee-stap pyrolyse online gekoppeld aan gas chromatografie met massa spectrometrische detectie en data evaluatieprotocol kan worden gebruikt voor multi-component analyse van tatoeage inkten en discriminatie van namaakproducten.
Abstract
Tattoo inkten zijn complexe mengsels van ingrediënten. Elk van hen beschikt over verschillende chemische eigenschappen die moeten worden aangepakt op chemische analyse. In deze methode voor twee-stap pyrolyse online gekoppeld aan gas chromatografie massaspectrometrie (py-GC-MS) vluchtige stoffen worden geanalyseerd tijdens een eerste desorptie run. In het tweede punt wordt dezelfde gedroogde steekproef pyrolyzed voor de analyse van niet-vluchtige verbindingen zoals pigmenten en polymeren. Deze kunnen worden geïdentificeerd door hun specifieke ontledings patronen. Bovendien kan deze methode worden gebruikt om origineel te onderscheiden van namaak inkten. Eenvoudige screeningmethoden voor de evaluatie van gegevens met behulp van de gemiddelde massaspectra en self-made pyrolyse-bibliotheken worden toegepast om de identificatie van stoffen te versnellen. Met behulp van gespecialiseerde evaluatiesoftware voor pyrolyse GS-MS Data, een snelle en betrouwbare vergelijking van de volledige chromatogram kan worden bereikt. Aangezien GC-MS als scheidingstechniek wordt gebruikt, is de methode beperkt tot vluchtige stoffen bij desorptie en na pyrolyse van het monster. De methode kan worden toegepast voor een snelle stof screening in de marktcontrole enquêtes, omdat het vereist geen monster voorbereidingsstappen.
Introduction
Tattoo inkten zijn complexe mengsels bestaande uit pigmenten, oplosmiddelen, bindmiddelen, oppervlakteactieve stoffen, verdikkingsmiddelen, en, soms, conserveermiddelen1. De toegenomen populariteit van het tatoeëren in de laatste decennia heeft geleid tot de oprichting van wetgeving aanpakken tattoo inkt veiligheid in heel Europa. In de meeste gevallen, kleur-geven pigmenten en hun onzuiverheden zijn beperkt en moet daarom worden gecontroleerd door de staat laboratorium markt enquêtes om hun naleving van de wet te controleren.
Met behulp van de aanpak van online pyrolyse-Gas Chromatografie massaspectrometrie (py-GC-MS) hier beschreven, kunnen meerdere ingrediënten gelijktijdig worden geïdentificeerd. Sinds vluchtige, semi-vluchtige en niet-vluchtige verbindingen kunnen worden gescheiden en geanalyseerd binnen hetzelfde proces, de verscheidenheid van doel verbindingen is hoog in vergelijking met andere methoden die worden gebruikt voor tatoeage inkt analyse. Vloeibare chromatografie methoden worden meestal uitgevoerd met pigmenten solubilized in organische oplosmiddelen2. Raman spectroscopie evenals Fourier-transformatie infrarood (FT-IR) spectroscopie zijn beschreven als geschikte instrumenten voor de identificatie van pigmenten en polymeren, maar zijn beperkt met multi-ingrediënt mengsels omdat er geen scheiding techniek wordt gebruikt in standaard Laboratorium toepassingen3,4. Laser desorptie/ionisatie de tijd-van-vlucht massaspectrometrie (LDI-ToF-Mej.) is ook gebruikt voor pigment en polymeer identificatie5,6. In totaal ontbreken de meeste methoden de analyse van vluchtige verbindingen. Het gebrek aan geschikte commerciële spectrale bibliotheken is een gemeenschappelijk nadeel van elk van deze methodes. De identificatie van anorganische pigmenten is vaak uitgevoerd met ofwel inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie (ICP-MS)7,8 of energie Dispersive X-Ray spectroscopie (EDX)4,9. Ook, FT-IR en Raman spectroscopie zijn gebruikt voor de analyse van anorganische pigmenten, zoals titaandioxide of ijzeroxiden in andere onderzoek velden10,11,12,13.
Het doel van deze studie was om een methode vast te stellen die toepasbaar is in standaard analytische laboratoria met matige financiële kosten om bestaande en gemeenschappelijke apparaten te upgraden. Py-GC-MS, zoals hier beschreven, is een niet-kwantitatieve benadering voor de identificatie van biologische ingrediënten uit mengsels. Bij de identificatie van verdachte stoffen in een py-GC-MS screening kunnen doel stoffen worden gekwantificeerd met meer gespecialiseerde benaderingen. Het is vooral interessant voor de analyse van niet-vluchtige en niet-oplosbare stoffen zoals pigmenten en polymeren.
De beschreven methode kan worden aangepast voor inkten en vernissen in andere toepassingsgebieden. De beschreven methoden voor de evaluatie van gegevens zijn van toepassing op alle pyrolyse-onderzoeken. Ook vervalste producten, voornamelijk uit Aziatische markten, tonen een potentiële bron van risico voor de consument en een financiële last voor de fabrikanten (persoonlijke communicatie op de 3RD ECTP in Regensburg, duitsland, 2017). De hier beschreven methode kan worden gebruikt om de kenmerken van vermeende vervalste inkten te vergelijken met een originele fles, vergelijkbaar met gepubliceerde forensische benaderingen voor auto vernis identificatie14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. tattoo inkt voorbereiding en steekproef montage
- Gebruik een 25 mm holle glazen pyrolyse buis als een monsterhouder en kwarts wol voor de monstervoorbereiding.
- Grijp de pyrolyse buis met de gespecialiseerde pincet voor pyrolyse buizen (bak uit voor ontsmetting) en steek de nodige hoeveelheid kwarts wol met puntige pincet in de buis.
- Plaats twee stalen stokken (bak uit voor ontsmetting) aan elke kant van de pyrolyse buis en Comprimeer de wol in een dikke stopper van 1 tot 2 mm. De stop moet worden geplaatst op het onderste derde van de pyrolyse buis om voldoende verwarming te bereiken tijdens het pyrolyse proces.
- Ignite een gasbrander en bak de pyrolyse buis en vullen voor 2 – 3 s van elke kant om verontreinigingen te verwijderen.
Opmerking: gebruik schone handschoenen en raak geen enkel item aan voordat u de pyrolyse buis en wol verwerkt. Gebruik oogbescherming en verwijder alle ontvlambare vloeistoffen en items tijdens de pyrolyse-buis bak uit. Het protocol kan hier worden tegengehouden. Bewaar de voor bereide pyrolyse buizen in een schone glazen schaal tot verder gebruik.
- Schud de tatoeage inkt flessen krachtig voor 1 min met de hand om homogeniteit te garanderen. Daarnaast kunnen ze 1 minuut in een ultrasoon waterbad geplaatst worden. Sommige inkten kunnen nog steeds vertonen sedimenten pigmenten na het uitvoeren van beide stappen en kan het nodig zijn langdurige homogenisering.
- Verkrijg een 2 µ L microcapillair met een diameter onder de binnendiameter van de pyrolyse buis. Dompel de capillaire punt in de inkt en aspireren ongeveer 1 µ L van de inkt door het vullen van de helft van het capillair.
- Plaats het capillair in de pyrolyse buis en vlek de kwarts wol stopper met de inkt. Een duidelijke kleur vlek moet zichtbaar zijn zonder toevoeging van te veel inkt aan het monster.
- Verkrijg een stalen transportadapter voor de geautomatiseerde injectie Unit en bevestig de voor bereide pyrolyse buis met een pincet voor pyrolyse buizen.
- Controleer of de pyrolyse buis is perfect verticaal en valt niet af tijdens het schudden.
- Plaats de transportadapter in de lade op de gewenste positie.
Opmerking: de inkt kan de stalen transportadapter waarop de pyrolyse buis is aangesloten, verontreinigen; Daarom moet dit grondiger reinigen achteraf.
2. analyse van inkt monsters door py-GC-MS
- Stel het GC-MS-systeem in dat is uitgerust met een thermische desorptie-eenheid (TDU) en een pyrolyzer-module bovenop het koude-injectie systeem (CIS) volgens de instructies van de fabrikant. Gebruik een inerte elektron effect (EI) ionen bron bij 70 eV en helium met een zuiverheid van 99,999% als drager gas (1 mL/min). Stel de splitsing verhouding van de CIS op 1:50.
- Installeer een HP-5MS kolom en een bewaker kolom voor scheiding. Stel de volgende analyse parameters in de instrumenten ' Control software: Start de oven temperatuur op 50 ° c, houd voor 2 min, en oprit bij 10 ° c/min tot 320 ° c. Houd de laatste temperatuur voor extra 5 min. Stel de transferregel temperaturen in op 320 °C.
- Run elk monster in een oplosmiddel vent modus zonder pyrolyse te analyseren voor semi-vluchtige verbindingen.
- Gebruik de oplosmiddel vent optie van de TDU/injector en oprit van de TDU temperatuur na 0,5 min vanaf 50 ° c tot 90 °C met een snelheid van 100 °C/min. Het oplosmiddel vent zal worden uitgeschakeld na 1,9 min.
- Verhit de temperatuur van de TDU tot 320 °C met een snelheid van 720 °C/min voor 3,5 min. De vluchtige verbindingen worden gevangen in het GOS bij-150 °C.
- Houd de CIS-temperatuur voor 2 min en oprit naar 320 ° c bij een 12 ° c/min tarief.
Opmerking: langere tijd tussen monstervoorbereiding en-analyse leidt tot verdamping van vluchtige stoffen, aangezien de monsterhouder open is. Analyseer monsters binnen een paar uur na de voorbereiding als vluchtige verbindingen worden gericht.
- Een tweede run van hetzelfde monster uitvoeren waarbij de pyrolyse-eenheid wordt gebruikt om niet-vluchtige verbindingen te onderzoeken.
- Gebruik hetzelfde oven programma als voor de eerste desorptie run.
- Houd de temperatuur van de CIS-constante bij 320 °C en gebruik een split verhouding van 1:100.
- Helling de TDU direct van 50 °C aan 320 °C bij een 720 °C/min tarief en houd constant voor 1,6 min.
- Programma een pyrolyse van 6 s bij de gewenste temperatuur (hier 800 °C) in het definitieve temperatuur segment van TDU.
Opmerking: Zorg ervoor dat u een voldoende hoeveelheid monster en Split ratio te gebruiken om verontreiniging van de kolom en MS. aanpassen van de split ratio's voor individuele instrumenten set-ups indien nodig.
- Gebruik een polystyreen standaard om de prestaties van het instrument te controleren. Voer ten minste drie polystyreen monsters voor en na elk experiment. Plaats 2 µ L van een standaard van 4 mg/mL polystyreen in dichloormethaan in de glas wol en voer een pyrolyse uit bij 500 °C voor 0,33 min.
- Controleer of de Peak Area ratio van het polystyreen monomeer en het dimeer is tussen 3 en 4 en de staart van de dimeer is minder dan 2 in de resulterende chromatogram (ook wel een pyrogram). Bewaar historische gegevens van polystyreen parameters en Kalibreer de pyrolyse temperatuur als de piek ratio buiten bereik is.
Nota: de waarden voor polystyreen monomeer en dimeer verhouding evenals het staart moeten uit historische waarden van goed werkende systemen worden genomen.
3. benaderingen van gegevensevaluatie
Opmerking: de evaluatie van de gegevens moet worden aangepast, afhankelijk van de individuele analytische vragen, bijvoorbeeld de zoektocht naar vluchtige stoffen, niet-vluchtige verbindingen, gevaarlijke splijten producten van azo pigmenten, of iets dergelijks.
- Gegevensevaluatie voor vluchtige stoffen
- Voor data-evaluatie van vluchtige verbindingen, start de GC-MS Analysis/MS bibliotheek zoeken software (Zie tabel van materialen) en open de chromatogram van de desorptie run.
- Selecteer commerciële bibliotheken door te klikken op spectrum en Selecteer bibliotheek. Laad de bibliotheek van belang.
- Selecteer integratie parameters en voer een bibliotheek zoeken door te klikken op spectrum en bibliotheek Zoek rapport.
Opmerking: Wees extra voorzichtig om bibliotheek spectra van vermeende geïdentificeerde verbindingen te vergelijken met de spectra verkregen in de analyse van de inkt. Soms goede wedstrijden kunnen worden bereikt, ondanks de aanwezigheid van extra moleculaire massa pieken in de onbekende spectra. Voor eenduidige identificatie moeten analytische standaarden worden geanalyseerd met de parameters set-up en instrument om de retentietijden en Spectra te verifiëren.
- Snelle screening voor niet-vluchtige verbindingen
Opmerking: identificatie van niet-vluchtige stoffen van pyrolyse is gebaseerd op de aanwezigheid van meerdere specifieke ontledingsproducten van de oudersamenstelling binnen dezelfde pyrogram. Aangezien pyrograms kan bevatten tot enkele honderden verbindingen, handmatige evaluatie is nauwelijks haalbaar. Begin met een snelle data-evaluatie aanpak met behulp van de gemiddelde massaspectra (AMS). Dit is nuttig voor de identificatie van de meest voorkomende pigment of polymeer in het monster. Deze aanpak is alleen geschikt voor snelle screening op inkt aangifte fraude en voor het hebben van een startpunt voorhand matige pyrogram evaluatie.- Voor de evaluatie van pyrolyse-gegevens markeert u de gehele chromatogram in de GC-MS evaluatiesoftware (Zie de materiaallijst) met de rechter muisknop ingedrukt om een AMS te verkrijgen.
- Maak een bibliotheek van verkregen spectra van bekende referentiestoffen van alle verbindingen van belang, bijvoorbeeld pigmenten en polymeren, door te klikken op spectrum en bewerken bibliotheek (Klik op nieuwe bibliotheek maken als er geen aanwezig is).
- Selecteer add new entry en vul alle informatie van belang.
Opmerking: Selecteer de AMS spectra van normen of inkten, en klik op spectrum en NIST zoeken als doorsturen naar een andere software die in staat MS Library zoekopdrachten is gewenst. - Genereer een AMS van de onderzochte inkt pyrogram en gebruik de bibliotheek zoekopdracht voor de vergelijking met de zelfgemaakte AMS Library15. Uit te sluiten massa's uit kolom bloeden of andere kolom geluiden.
Opmerking: de hoogste match in de bibliotheek zoeklijst zal waarschijnlijk de meest voorkomende pigment of polymeer in de inkten. Om dit te verifiëren, vergelijk de enkelvoudige ontledingsproducten van de stof die in de pyrolyse van de standaardstof in de pyrogram van de geanalyseerde inkt wordt gezien (zie punt 3,4 en aanvullende tabel 1).
- Identificatie van niet-vluchtige verbindingen met gespecialiseerde pyrogram-evaluatiesoftware
- Converteer de pyrograms van belang naar de benodigde indeling zoals vermeld in de software-instructies. Integreer de pyrogram zodanig dat er maximaal 200 verbindingen worden aangetroffen. Anders, data-evaluatietijd in de pyrogram evaluatiesoftware aanzienlijk toeneemt.
- Bouw een map op uw computer met alle pyrogram inzendingen die moeten dienen als een bibliotheek, bijvoorbeeld, pigment pyrogram bibliotheek voor pigment identificatie of pyrograms van een originele inkt te vergelijken met vermeende namaakproducten.
- Laad de onbekende pyrogram in het tabblad bibliotheek zoeken door te klikken op Bladeren.
- Laad de bibliotheek map en selecteer alleen MS matching en RT matching in de Zoekopties, aangezien de totale overvloed zal variëren in vergelijking met pyrogram van de referentie pigmenten.
- Klik op Geavanceerd in de zoekopties. Selecteer de parameter "gebruik alleen pieken met bepaalde MS Spectra" en gebruik een fit drempel van 850 in de pyrogram evaluatiesoftware.
- Klik op toevoegen om gespecificeerde MS spectra (3 – 5 MS spectra van de meest voorkomende pieken) op te slaan van elke pyrogram van referentie pigmenten of polymeren uit de bibliotheek in de geavanceerde zoekopties (cf. aanvullende tabel 1). Op deze manier alleen pigment gerelateerde pieken worden vergeleken, zelfs in een multi-component inkt met anderszins storende hoog-overvloedige pieken.
- Druk op OK om terug te keren naar het hoofdvenster.
- Klik op zoeken om de vergelijking te starten.
- Indien nodig, ga naar chromatogram match tab, selecteer een verbinding, en klik op verzenden naar NIST om de spectra naar de MS Library software te sturen en de verbinding te identificeren.
Opmerking: Klik op verzenden naar MS-opties om de spectra op te nemen in de geavanceerde Zoekopties (cf. stap 3.3.6).
- Handmatige Stofidentificatie
Opmerking: als er geen gespecialiseerde pyrogram evaluatiesoftware beschikbaar is, gebruik dan de gegevensevaluatie door standaard MS Library zoekprogramma en commerciële bibliotheek samen met gerapporteerde fragmenten (aanvullende tabel 1) en onze pyrolyse bibliotheek15. De handmatige vergelijking van pyrogram verbindingen met bekende ontledingsproducten wordt ook uitgevoerd om de klappen te verifiëren die in am worden gegeven.- Voor data-evaluatie voor niet-vluchtige verbindingen, start de GC-MS analyse/MS Library zoeken software en open de chromatogram van de pyrolyse run.
- Selecteer commerciële en (self-made) pyrolyse bibliotheken (bijv. onze meegeleverde pyrolyse bibliotheek15) door te klikken op spectrum en Selecteer bibliotheek. Laad alle bibliotheken van belang.
- Integreer de pyrogram in de GC-MS evaluatiesoftware en beschouw alle pieken met een oppervlakte ≥ 0,2% van de totale oppervlakte (kan worden aangepast op een manier die een beheersbaar bedrag van de pieken zal worden geïntegreerd).
- Start de bibliotheek zoeken door te klikken op spectrum en bibliotheek Zoek rapport.
- Alle bibliotheek overeenkomsten handmatig vergelijken met specifieke producten voor pigment-en polymeer ontleding in aanvullende tabel 1 of fragmenten die zijn vermeld in de literatuur16,17,18, 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26. voor pigmenten zijn 2 tot 3 ontledingsproducten nodig om het gebruikte pigment eenduidig te identificeren.
Opmerking: alle spectrale wedstrijden met overeenkomstige bibliotheken moeten zorgvuldig worden geëvalueerd. Extra pieken hoger dan de massa piek vaak rekening voor soortgelijke structuren met extra side groepen. Indien mogelijk moeten referentiestoffen worden geanalyseerd om de individuele retentietijd in de analytische opstelling te verkrijgen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De methode omvat een twee-stap chromatografie benadering voor elk monster (Figuur 1). In de eerste run, is het monster gedroogd in de injector systeem op 90 °C voordat vluchtige verbindingen worden overgedragen op de kolom. Aangezien het droogproces in de meeste gevallen onvolledig is, worden overblijvende oplosmiddelen en vluchtige verbindingen overgebracht en geanalyseerd. In het tweede punt wordt de eerder gedroogde steekproef vervolgens pyrolyzed om de analyse van niet-vluchtige organische componenten te vergemakkelijken.
Figuur 1: schematisch schema van de pyrolyse-workflow. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Goed geproduceerde inkten met zeer zuivere ingrediënten en een beperkt aantal componenten resulteren in chromatogrammen gemakkelijk te interpreteren met standaard bibliotheken, aangezien de meeste pieken kunnen worden geïdentificeerd (Figuur 2). Maar zelfs in de hoge kwaliteit inkten, zijn niet-verklaarde ingrediënten gevonden. Bijvoorbeeld, propyleenglycol wordt vaak gevonden in aanvulling op de aangegeven glycerol (Figuur 2 en Figuur 3).
Andere stoffen zoals formaldehyde kunnen worden toegevoegd als conserveermiddel. 1-hydroxy-2-propanon kan resulteren als een onzuiverheid van pigment synthese en is daarom een voorbeeld van een niet-opzettelijk toegevoegde stof (NIAS).
Figuur 2: representatieve resultaten van de py-GC-MS analyse van een tatoeage inkt met slechts een paar, pure ingrediënten. A1ste punt: desorptie voor de identificatie van vluchtige stoffen. B2ND -run: pyrolyse voor de identificatie van minder en niet-vluchtige verbindingen. Aangegeven en geïdentificeerde ingrediënten worden hieronder vermeld. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Inkten met meerdere ingrediënten en onzuiverheden zullen resulteren in een pyrogram dat moeilijk te interpreteren is (Figuur 3). De meeste pieken die zich in de tweede run mag niet worden Baseline gescheiden van elkaar, waardoor de identificatie moeilijk, zelfs wanneer gebruik te maken van gegevens dekronkel. Sommige stoffen kunnen ook leiden tot pieken onder de drempel die tijdens de evaluatie van de gegevens (bijv. 0,2% van de totale piek gebied). Een oplossing voor dit probleem kan een stapsgewijze aanpak zijn met 400 °C, 600 °C en 800 °C in opeenvolgende pyrolyse stappen voor precies hetzelfde monster (Zie Figuur 4).
Sommige pigment ontledingsproducten kunnen afdaling van meerdere pigmenten (aanvullende tabel 1). Bijvoorbeeld in Figuur 3 en Figuur 4, acetyl cyanide kan afkomstig zijn van meerdere gele of oranje pigmenten. De degradatie product 2-methoxyphenylisocyanate kan ook voortkomen uit het pigment rood 9, en o-Anisidine uit de pigmenten rood 170 en rood 9. Echter, als gevolg van de combinatie met de degradatie product 4-methoxy-2-Nitro-aniline en de gele verschijning van de inkt, alleen pigmenten geel 65 en 74 zou plausibel zijn als ouder verbindingen. Deze twee pigmenten zijn regionale isomeren en kunnen niet van een andere met deze methode worden onderscheiden. Pigment oranje 13-die werd verklaard op de inktfles-is niet geïdentificeerd. Als het pigment slechts in lage bedragen aanwezig was, zou het onder de grens van opsporing kunnen geweest zijn. Aan de andere kant, inkten worden vaak valselijk verklaard27.
Figuur 3: representatieve resultaten van de py-GC-MS analyse van de gele tatoeage inkt "Banana Cream" met vele, onzuivere ingrediënten. A1ste punt: desorptie voor de identificatie van vluchtige stoffen. B2ND -run: pyrolyse voor de identificatie van minder en niet-vluchtige verbindingen. Aangegeven en geïdentificeerde ingrediënten worden hieronder vermeld. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 4: geleidelijke pyrolyse van de gele inkt "banaan crème" weergegeven in figuur 3. A-C) deopeenvolgende pyrolyse Looppas bij 400 °c, 600 °c, en 800 °c. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
In het volgende voorbeeld wordt een positief resultaat voor de identificatie van namaakproducten weergegeven (Figuur 5). Drie "citroengeel" inkten zijn gekocht, hetzij van een gelicentieerde distributeur van de VS-gebaseerde inkt fabrikant, via een Internet veilingplatform of via een Aziatische marktplaats. Alle inkten zijn geanalyseerd met de twee-staps py-GC-MS methode. In dit voorbeeld zijn de verschillen in piek getallen en retentietijden al zichtbaar door het oog.
De chromatogram van de 1St desorptie looppas en de pyrogram van de 2ND looppas van de originele inkt werden vergeleken tegen drie onafhankelijke aanwinsten van de originele inkt en de twee nagemaakte producten gebruikend pyrogram evaluatiesoftware. De software bleek zeer nuttig zijn in het onderscheiden van de verschillende inkten. De voorwaartse gelijke factor was boven 0,9 (met 1 zijnd de perfecte gelijke) slechts naar pyrograms of desorptie chromatogrammen van de zelfde inkt, respectievelijk.
Ook voorwaartse wedstrijden boven de 0,9 werden alleen bereikt met dezelfde inkt bij het vergelijken van de inkt naar de bibliotheek bevatte pyrograms van 84 inkten van verschillende kleuren en fabrikanten.
Alternatief, een statistische vergelijking, zoals voorgesteld door Yang et al. voor de auto vernissen kunnen worden toegepast14.
Figuur 5: identificatie van namaakproducten door py-GC-MS. Drie "citroengeel" inkten van gelicentieerde distributeur (a), een online veilingplatform (B), en een Aziatische marktplaats (C) zijn geanalyseerd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Py-GC-MS is een nuttige screeningmethode voor een breed scala van stoffen in tatoeage inkten die ook kunnen worden gebruikt voor de analyse van andere producten. In vergelijking met andere methoden kan py-GC-MS met slechts minimale monstervoorbereiding worden uitgevoerd. GC-MS apparaten kunnen worden gevonden in de meeste analytische laboratoria in vergelijking met meer gespecialiseerde methoden zoals MALDI-ToF-MS en EDX.
De data-evaluatie van pyrograms kan uitdagend zijn, omdat de lijst van mogelijke ingrediënten is oneindig in theorie en bibliotheek zoekopdrachten die ook rekening houden met de combinatie van stoffen naar een ouder samengestelde in de bibliotheek nodig zijn. De hier beschreven methoden voor de evaluatie van gegevens zorgen voor een betrouwbare snelle screening van stoffen die zijn toegevoegd aan standaard pyrogram bibliotheken. Omgekeerd, het testen voor namaakproducten is een snelle en eenvoudige aanpak die kan worden uitgevoerd zonder enige pre-build Bibliotheken, omdat de identificatie van enkele stoffen is irrelevant.
Om de best mogelijke resultaten te verkrijgen, moet de hoeveelheid inkt die aan pyrolyse wordt toegevoegd niet te hoog of te laag zijn. Dit zal ofwel resulteren in een verontreiniging van de pyrolyse-eenheid, liner of kolom of een gebrek aan significante pieken voor een goede pyrogram interpretatie. Daarom wordt het gebruik van een gedefinieerde hoeveelheid inkt zoals beschreven in deze methode met aangepaste Split ratio's sterk aanbevolen. Zoals weergegeven in Figuur 3kunnen onzuiverheden of polymeren de pyrogram overbelasten met pieken die de identificatie van enkelvoudige stoffen schaden. Daarom is de detectiegrens voor pigmenten sterk afhankelijk van de overeenkomstige mengsels. In dergelijke gevallen, pigmenten kunnen eerst worden gescheiden van andere inkt ingrediënten door verdunning en neerslag in alcohol-water oplosmiddelen.
De beperking van de methode is de analyse van organische pigmenten zonder specifieke splitsings kanten zoals quinacridones, perylenes en perinones16,17,18. Ook als een mengsel van meerdere pigmenten met dezelfde splitsing groep optreedt (bijv. met azo pigmenten), de identificatie kan uitdagend zijn (cf. inkt weergegeven in Figuur 3). Bovendien moet de pyrolyse-producten in staat zijn om de gas-fase in te voeren. Polymeren zoals hydroxyethyl-cellulose bestaande uit suiker monomeren die chemisch moeten worden gewijzigd voor GC-MS-analyse kunnen niet worden gedetecteerd door py-GC-MS. Zoals in alle andere methoden, alleen pigmenten met bekende pyrograms kan worden geïdentificeerd. Echter, de belangrijkste ontleding producten kunnen worden afgesloten van de pigment structuur, met name in het geval van azo-pigmenten. Daarom kan het controleren op aannemelijkheid van een verklaard pigment worden uitgevoerd zelfs als het pigment nooit in py-GC-MS voordien is geanalyseerd.
De methode kan worden gebruikt om originele inkten van namaakproducten te discrimineren. Er moet echter een betrouwbare steekproef van de originele inkt beschikbaar zijn. Aangezien de samenstelling van inkten kan veranderen in de tijd, inkten geproduceerd in dezelfde tijdbereik of op zijn best uit dezelfde partij moet worden gebruikt voor de vergelijking. In de toekomst kan py-GC-MS gebruikt worden om de ingrediënten van de tatoeage inkt te monitoren en aldus aangifte fraude en het gebruik van verboden pigmenten en mogelijke andere ingrediënten te onthullen. Een verdere toepassing van deze methoden zou kunnen zijn de identificatie van namaakproducten14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door het intramurale Research project (SFP #1323-103) bij het Duitse Federaal Instituut voor risicobeoordeling (BfR).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 99.999% Helium carrier gas | Air Liquide, Düsseldorf, Germany | - | |
| 5975C inert XL MSD with Triple-Axis Detectors | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | - | |
| 7890A gas chromatograph | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | - | |
| AMDIS software (Version 2.7) | The National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA | - | can be used for GC/MS peak integration, e.g. for transfer to pyrogram evaluation software |
| Cold Injection System (CIS) | Gerstel, Mühlheim, Germany | - | |
| electron impact (EI) source | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | - | |
| Enhanced ChemStation (E02.02.1431) | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | - | used to generate Average Mass Spektra (AMS), can be used for peak integration and standard GC/MS library search |
| J&W HP-5MS GC Column, 30 m, 0.25 mm, 0.25 µm, 5975T Column Toroid Assembly | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | 29091S-433LTM | |
| MassHunter Software | Agilent Technologies, Waldbronn, Germany | - | no Version specified, can be used for GC/MS peak integration and standard GC/MS library search |
| Microcapillary tube Drummond Microcaps, volume 2 µL | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | P1549-1PAK | |
| MS ChromSearch (Version 4.0.0.11) | Axel Semrau GmbH & Co. KG, Sprockhövel, Germany | - | specialized pyrogram evaluation software |
| NIST MS Search Program (MS Search version 2.0g) | The National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA | - | used for MS and AMS library generation and corresponding substance search with selfmade and commercial libraries |
| NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library (EI) mainlib & replib (Data version: NIST v11) | The National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA | - | used commercial mass spectral library |
| Polystyrene (average Mw ~192,000) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 430102-1KG | |
| Pyrolysis tubes, tube type - quartz glass - lenght 25 mm; 100 Units | Gerstel, Mühlheim, Germany | 018131-100-00 | |
| Pyrolyzer Module for TDU | Gerstel, Mühlheim, Germany | - | |
| Quartz wool | Gerstel, Mühlheim, Germany | 009970-076-00 | |
| Steel sticks | Gerstel, Mühlheim, Germany | - | |
| Thermal Desorption Unit (TDU 2) | Gerstel, Mühlheim, Germany | - | |
| Transport adapter | Gerstel, Mühlheim, Germany | 018276-010-00 | |
| Tweezers for Pyrolysis tubes | Gerstel, Mühlheim, Germany | 009970-074-00 | |
| Zebron Z-Guard Hi-Temp Guard Column, GC Cap. Column 10 m x 0.25 mm, Ea | Phenomenex Ltd. Deutschland, Aschaffenburg, Germany | 7CG-G000-00-GH0 |
References
- Dirks, M. Tattooed skin and health. Vol. 48. Current Problems in Dermatology. Serup, J., Kluger, N., Bäumler, W. , Karger. 118-127 (2015).
- Engel, E., et al. Establishment of an extraction method for the recovery of tattoo pigments from human skin using HPLC diode array detector technology. Analytical Chemistry. 78 (15), 6440-6447 (2006).
- Poon, K. W. C., Dadour, I. R., McKinley, A. J. In situ chemical analysis of modern organic tattooing inks and pigments by micro-Raman spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy. 39 (9), 1227-1237 (2008).
- Timko, A. L., Miller, C. H., Johnson, F. B., Ross, V. In vitro quantitative chemical analysis of tattoo pigments. Archives of Dermatology. 137, 143-147 (2004).
- Boon, J. J., Learner, T. Analytical mass spectrometry of artists' acrylic emulsion paints by direct temperature resolved mass spectrometry and laser desorption ionisation mass spectrometry. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 64, 327-344 (2002).
- Hauri, U. Inks for tattoos and permanent make-up / pigments, preservatives, aromatic amines, polyaromatic hydrocarbons and nitrosamines. Department of Health, Kanton Basel-Stadt. Swiss National Investigation Campaign. , (2014).
- Bocca, B., Sabbioni, E., Mičetić, I., Alimonti, A., Petrucci, F. Size and metal composition characterization of nano- and microparticles in tattoo inks by a combination of analytical techniques. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 32 (3), 616-628 (2017).
- Schreiver, I., et al. Synchrotron-based nano-XRF mapping and micro-FTIR microscopy enable to look into the fate and effects of tattoo pigments in human skin. Scientific Reports. 7, 11395 (2017).
- Taylor, C. R., Anderson, R. R., Gange, R. W., Michaud, N. A., Flotte, T. J. Light and electron microscopic analysis of tattoos treated by Q-switched ruby laser. Journal of Investigative Dermatology. 97, 131-136 (1991).
- Namduri, H., Nasrazadani, S. Quantitative analysis of iron oxides using Fourier transform infrared spectrophotometry. Corrosion Science. 50 (9), 2493-2497 (2008).
- Burgio, L., Clark, R. J., Hark, R. R. Raman microscopy and x-ray fluorescence analysis of pigments on medieval and Renaissance Italian manuscript cuttings. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (13), 5726-5731 (2010).
- Manso, M., et al. Assessment of toxic metals and hazardous substances in tattoo inks using Sy-XRF, AAS and Raman spectroscopy. Biological Trace Element Research. 187 (2), 596-601 (2017).
- Yakes, B. J., Michael, T. J., Perez-Gonzalez, M., Harp, B. P. Investigation of tattoo pigments by Raman spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy. 48 (5), 736-743 (2017).
- Yang, S. -H., Shen, J. Y., Chang, M. S., Wu, G. J. Differentiation of vehicle top coating paints using pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry and multivariate chemometrics with statistical comparisons. Analytical Methods. 7, 1527-1534 (2015).
- Schreiver, I., Hutzler, C., Luch, A. Data from: Two-step pyrolysis-gas chromatography method with mass spectrometric detection for identification of tattoo ink ingredients and counterfeit products. Dryad Digital Repository. , (2019).
- Schreiver, I., Hutzler, C., Andree, S., Laux, P., Luch, A. Identification and hazard prediction of tattoo pigments by means of pyrolysis—gas chromatography/mass spectrometry. Archives of Toxicology. 90 (7), 1639-1650 (2016).
- Ghelardi, E., et al. Py-GC/MS applied to the analysis of synthetic organic pigments: characterization and identification in paint samples. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 407 (5), 1415-1431 (2015).
- Russell, J., Singer, B. W., Perry, J. J., Bacon, A. The identification of synthetic organic pigments in modern paints and modern paintings using pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 400 (5), 1473-1491 (2011).
- Silva, M. F., Domenech-Carbo, M. T., Fuster-Lopez, L., Mecklenburg, M. F., Martin-Rey, S. Identification of additives in poly(vinylacetate) artist's paints using PY-GC-MS. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 397 (1), 357-367 (2010).
- Peris-Vincente, J., Baumer, U., Stege, H., Lutzenberger, K., Gimeno Adelantado, J. V. Characterization of commercial synthetic resins by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry: application to modern art and conservation. Analytical Chemistry. 81, 3180-3187 (2009).
- Kleinert, J. C., Weschler, C. J. Pyrolysis gas chromatographic-mass spectrometric identification of polydimethylsiloxanes. Analytical Chemistry. 52 (8), 1245-1248 (1980).
- Scalarone, D., Chiantore, O. Separation techniques for the analysis of artists' acrylic emulsion paints. Journal of Separation Science. 27 (4), 263-274 (2004).
- Sonoda, N. Characterization of organic azo-pigments by pyrolysis-gas chromatography. Studies in Conservation. 44, 195-208 (1999).
- Chiantore, O., Scalarone, D., Learner, T. Characterization of artists' crylic emulsion paints. International Journal of Polymer Analysis and Characterization. 8 (1), 67-82 (2003).
- Schossler, P., Fortes, I., Figueiredo Júnior, J. C. D., Carazza, F., Souza, L. A. C. Acrylic and Vinyl Resins Identification by Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry: A Study of Cases in Modern Art Conservation. Analytical Letters. 46 (12), 1869-1884 (2013).
- Wallisch, K. L. Pyrolysis of random and block copolymers of ethyl acrylate and methyl methacrylate. Journal of Applied Polymer Science. 18, 203-222 (1974).
- Hauri, U. Inks for tattoos and PMU (permanent make-up) / Organic pigments, preservatives and impurities such as primary aromatic amines and nitrosamines. State Laboratory of the Canton Basel City. , (2011).
