Summary
שיטה זו עבור שני השלבים פירוליזה באופן מקוון מצמידים כרומטוגרפיה גז עם זיהוי ספקטרומטרי מסה ופרוטוקול הערכת נתונים ניתן להשתמש עבור ניתוח רב רכיבי של דיו קעקועים ואפליה של מוצרים מזויפים.
Abstract
דיו קעקועים הם תערובות מורכבות של מרכיבים. לכל אחד מהם יש תכונות כימיות שונות שצריכות להיות מטופלות על ידי ניתוח כימי. בשיטה זו עבור שני השלבים פירוליזה באופן מקוון בשילוב גז כרומטוגרפיה המסה ספקטרומטר (py-GC-MS) תרכובות נדיפות מנותח במהלך לרוץ desorption הראשון. בהפעלה השנייה, אותו מדגם יבש פירול לניתוח של תרכובות לא נדיף כגון פיגמנטים ופולימרים. אלה יכולים להיות מזוהים על ידי דפוסי הפירוק הספציפיים שלהם. בנוסף, ניתן להשתמש בשיטה זו להבחנה מקורית מצבעי דיו מזויפים. הקרנה קלה שיטות להערכת נתונים באמצעות ספקטרום מסה הממוצע וספריות פירוליזה מתוצרת עצמית מוחלים כדי להאיץ את זיהוי החומר. שימוש בתוכנת הערכה מיוחדת לנתוני GS-MS של פירוליזה, השוואה מהירה ואמינה של כרומטוגרם מלא יכול להיות מושגת. מאז GC-MS משמש טכניקת הפרדה, השיטה מוגבלת חומרים נדיפים על הפחתת ולאחר פירוליזה של המדגם. ניתן להחיל את השיטה על הקרנת חומר מהיר בסקרי בקרת שוק מאחר שהיא אינה דורשת שלבי הכנה לדוגמה.
Introduction
דיו קעקועים הם תערובות מורכבות המורכב של פיגמנטים, ממיסים, קלסרים, מפעילי חומרים, עיבוי סוכנים, ו, לפעמים, חומרים משמרים1. הפופולריות הגוברת של קעקוע בעשורים האחרונים הובילה להקמת חקיקה התייחסות בטיחות דיו קעקוע ברחבי אירופה. ברוב המקרים, פיגמנטים הנותנים צבע וזיהומים שלהם הם מוגבלים ולכן צריך להיות מפוקח על ידי סקרי שוק המעבדה המדינה כדי לשלוט הציות שלהם עם החוק.
באמצעות גישה של פירוליזה מקוון-גז כרומטוגרפיה ספקטרומטר מסה (py-GC-MS) תיאר כאן, מרכיבים מרובים ניתן לזהות בו זמנית. מאז נדיפים, למחצה נדיף תרכובות לא נדיף ניתן להפריד ונותחו בתוך תהליך זהה, מגוון של תרכובות היעד גבוה בהשוואה לשיטות אחרות המשמשות ניתוח דיו קעקועים. שיטות כרומטוגרפיה נוזלי מתבצעות בעיקר עם פיגמנטים מסיסות ממיסים אורגניים2. ספקטרוסקופית ראמאן כמו גם הספקטרוסקופיית פורייה-שינוי אינפרא אדום (FT-IR) מתוארים ככלים מתאימים לזיהוי פיגמנטים ופולימרים, אך מוגבלים בתערובות רב-המרכיב משום שטכניקת ההפרדה משמשת כסטנדרט יישומי מעבדה3,4. השימוש בלייזר (ldi-תוף-MS) משמש גם לזיהוי פיגמנט ופולימר5,6, בזמן הטיסה של המסה. בסך הכל, רוב השיטות חסרות ניתוח של תרכובות נדיפות. חוסר הספריות הספקטרליות המתאימות הוא חיסרון משותף של כל השיטות הללו. הזיהוי של פיגמנטים אורגניים יש לעתים קרובות בוצע עם משולב בשילוב עם המוני פלזמה המסה (הקאמרי-MS)7,8 או אנרגיה מפזרים X-ray ספקטרוסקופיית (edx)4,9. גם, FT-IR ו ספקטרוסקופיה ראמאן שימשו ניתוח של פיגמנטים אורגניים כגון תחמוצת טיטניום או תחמוצות ברזל בשדות מחקר אחרים10,11,12,13.
מטרת מחקר זה היתה להקים שיטה הישימה במעבדות אנליטיות סטנדרטיות עם עלויות פיננסיות מתונות כדי לשדרג מכשירים קיימים ומשותפים. Py-GC-MS כפי שמתואר כאן היא גישה שאינה כמותית לזיהוי מרכיבים אורגניים מתערובות. עם זיהוי של חומרים חשודים בהקרנה py-GC-MS, חומרים היעד ניתן לכמת עם גישות מיוחדות יותר. זה מעניין במיוחד עבור ניתוח חומרים לא נדיף ולא מסיסים כמו פיגמנטים ופולימרים.
ניתן להתאים את השיטה המתוארת לצבעי דפוס ולציפוי בתחומים אחרים של יישום. שיטות הערכת הנתונים המתוארות חלות על כל החקירות פירוליזה. כמו כן, מוצרים מזויפים, בעיקר משווקים באסיה, מציגים מקור פוטנציאלי לסיכון לצרכן ונטל כספי ליצרנים ( תקשורת אישית ברחוב השלישי Ectp ברגנסבורג, גרמניה, 2017). ניתן להשתמש בשיטה המתוארת כאן כדי להשוות את המאפיינים של צבעי דיו מזויפים לבקבוק מקורי, בדומה לגישות משפטית שפורסמו לצורך זיהוי הלקה ברכב14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת דיו קעקועים והרכבה לדוגמה
- שימוש בצינור הזכוכית החלול של 25 מ"מ כמחזיק לדוגמה וצמר קוורץ להכנה לדוגמה.
- תפוס את צינור פירוליזה עם פינצטה מיוחדת עבור צינורות פירוליזה (אופים החוצה טיהור) ולהוסיף את כמות הדרוש של צמר קוורץ עם מלקחיים מחודדות לתוך הצינור.
- הוספת שני מקלות פלדה (אופים החוצה טיהור) בכל צד של צינור פירוליזה ולדחוס את הצמר לתוך פקק עבה 1 – 2 מ"מ. הפקק חייב להיות ממוקם בשליש התחתון של צינור פירוליזה כדי להשיג חימום הולם במהלך תהליך פירוליזה.
- להצית צורב גז ואופים צינור פירוליזה ומילוי עבור 2 – 3 s מכל צד כדי להסיר מזהמים.
הערה: השתמש בכפפות נקיות ואל תיגע בשום פריט לפני טיפול בצינור פירוליזה ובצמר. השתמש הגנה העין ולהסיר את כל הנוזלים הדליקים ופריטים במהלך שפופרת פירוליזה לאפות החוצה. . אפשר לעצור כאן את הפרוטוקול אחסן את צינורות פירוליזה מוכנים בצלחת זכוכית נקייה עד לשימוש נוסף.
- לנער את בקבוקי דיו קעקועים נמרצות 1 דקות ביד כדי להבטיח הומוגניות. בנוסף, הם יכולים להיות ממוקם באמבט מים אולטרה סאונד עבור 1 דקות. ייתכן שצבעי דפוס מסוימים עדיין מציגים פיגמנטים מטמדית לאחר ביצוע שני השלבים ועשויים להזדקק להומוגון ממושכת.
- להשיג 2 μL מיקרוקפילר עם קוטר מתחת לקוטר הפנימי של צינור פירוליזה. לטבול את הטיפ נימי בדיו ומכה על 1 Μi של דיו על ידי מילוי חצי נימי.
- הכניסו את הקפילר לצינור פירוליזה והכתם את פקק צמר הקוורץ עם הדיו. מכתים צבע ברור חייב להיות גלוי מבלי להוסיף דיו יותר מדי למדגם.
- השג מתאם הובלה פלדה עבור יחידת הזרקת אוטומטית ולחבר את צינור פירוליזה מוכן אליו באמצעות מלקחיים לצינורות פירוליזה.
- בדוק כי צינור פירוליזה הוא אנכי לחלוטין אינו נופל במהלך הרעד.
- הצב את מתאם התעבורה במגש במיקום הרצוי.
הערה: הדיו עלול לזהם את מתאם התעבורה הפלדה שאליו מצורפת צינורית פירוליזה; לכן, צריך ניקוי יסודי יותר לאחר מכן.
2. ניתוח דגימות דיו על ידי py-GC-MS
- הגדר את GC-MS-מערכת מצויד יחידת Desorption תרמית (TDU) ו מודול פירוזר על גבי מערכת הזרקת קר (CIS) על פי הוראות היצרן. השתמש מקור השפעת אלקטרונים אינרטי (EI) ב 70 eV ו הליום עם טוהר של 99.999% כמו גז הספק (1 mL/min). הגדר את היחס המפוצל של ה-CIS ל-1:50.
- התקן עמודת HP-5MS ועמודת שמירה להפרדה. הגדר את פרמטרי הניתוח הבאים בתוכנת הבקרה של המכשירים: הפעל את טמפרטורת התנור ב-50 ° c, החזק 2 דקות ושיפוע ב-10 ° צ'/מינימום עד 320 ° c. החזק את הטמפרטורה הסופית עבור 5 דקות נוספות. הגדר את טמפרטורת קו ההעברה ל-320 ° c.
- הפעל כל מדגם במצב פתח ממס ללא פירוליזה כדי לנתח עבור תרכובות למחצה נדיף.
- השתמש באפשרות של פתח הממס של TDU/מזרק וכבש את טמפרטורת TDU לאחר 0.5 דקות החל מ 50 ° צ' עד 90 ° c בשיעור של 100 ° c/min. פתח הממס יהיה סגור לאחר 1.9 דקות.
- מחממים את טמפרטורת ה-TDU עד 320 ° c בקצב של 720 ° צ'/מינימום עבור 3.5 דקות. תרכובות נדיפות נלכדים ב-CIS ב-150 ° c.
- החזק את טמפרטורת ה-CIS עבור 2 דקות והשיפוע עד 320 ° c בקצב של 12 ° צ'/מינימום.
הערה: הזמן המורחב בין ההכנה לדוגמה לניתוח מוביל לאידוי תרכובות נדיפות מאז שמחזיק הדגימה פתוח. לנתח דגימות תוך כמה שעות לאחר ההכנה אם תרכובות נדיפות ממוקדות.
- בצע הפעלה שנייה של אותו המדגם שבו יחידת פירוליזה משמשת לחקירת תרכובות לא נדיף.
- השתמש באותה תוכנית התנור כמו עבור הפעלת desorption הראשון.
- שמרו על הטמפרטורה של קבוע ה-CIS ב-320 ° c והשתמשו ביחס מפוצל של 1:100.
- הכבש את tdu ישירות מ-50 ° צ' עד 320 ° c בקצב 720 של מעלות צלזיוס/מינימום והמשך להיות קבוע עבור 1.6 דקות.
- תוכנית פירוליזה 6 s בטמפרטורה הרצויה (כאן 800 ° c) במקטע הטמפרטורה הסופית של TDU.
הערה: הקפד להשתמש בכמות נאותה של מדגם ויחס מפוצל כדי למנוע זיהום של העמודה ו-MS. להתאים את יחסי הפיצול עבור מכשירים בודדים מערכת במידת הצורך.
- השתמש בסטנדרט פוליסטירן כדי לבדוק את הביצועים של המכשיר. לפני ואחרי כל ניסוי יש להריץ לפחות שלוש מדגמים פוליסטירן. הכנס 2 μL של 4 מג mg/mL סטנדרטי בדילורומתאן לתוך הצמר זכוכית ולבצע פירוליזה ב 500 ° c עבור 0.33 דקות.
- בדוק אם יחס האזור השיא של הפוליסטירן מונומר ו דיימר הוא בין 3 ו 4 ואת המעקב של דיימר הוא מתחת 2 ב chromatogram המתקבל (נקרא גם פירוגרם). שמור נתונים היסטוריים של הפרמטרים פוליסטירן לכייל את טמפרטורת פירוליזה אם יחס השיא הוא מחוץ לטווח.
הערה: ניתן לקחת ערכים לפוליסטירן מונומר וליחס דימר, כמו גם למעקב מערכים היסטוריים של מערכות הפעלה היטב.
3. גישות להערכת נתונים
הערה: הערכת הנתונים צריכה להיות מותאמת בהתאם לשאלות האנליטיות הבודדות, לדוגמה, החיפוש אחר וולאטיקלס, תרכובות לא נדיפות, מוצרי מחשוף מסוכנים מפיגמנטים מסוג אזו או דומה.
- הערכת נתונים עבור תרכובות נדיפות
- עבור הערכת נתונים של תרכובות נדיפות, הפעל את ה-GC-MS ניתוח הספרייה/MS החיפוש התוכנה (ראה טבלת חומרים) ולפתוח את כרומטוגרמה של הפעלה desorption.
- בחר ספריות מסחריות על-ידי לחיצה על ספקטרום ובחירת ספריה. טען את ספריית הריבית.
- בחרו פרמטרי שילוב ובצעו חיפוש בספרייה על-ידי לחיצה על הספקטרום ודוח החיפוש של הספריה.
הערה: נקוט בטיפול מיוחד כדי להשוות את ספקטרום הספרייה של תרכובות שזוהו באמצעות הספקטרום שהושג בניתוח הדיו. לפעמים ניתן להשיג משחקים טובים למרות נוכחותם של פסגות מסה מולקולריות נוספות בספקטרום הלא ידוע. לזיהוי חד משמעי, יש לנתח את התקנים האנליטיים באמצעות הפרמטרים להגדרה ולכלי הנגינה כדי לאמת את זמני ההחזקה ואת הספקטרום.
- הקרנה מהירה עבור תרכובות לא נדיף
הערה: זיהוי תרכובות לא נדיף מפירוליזה מבוססת על נוכחות של מספר מוצרי פירוק מסוימים של מתחם האב בתוך פירוגרם זהה. מאז פירוגרמות יכול להכיל עד כמה מאות תרכובות, הערכה ידנית היא בקושי אפשרי. התחל בגישה מהירה להערכת נתונים באמצעות ספקטרום מסה ממוצע (AMS). זה שימושי עבור זיהוי של פיגמנט הנפוץ ביותר או פולימר בתוך המדגם. גישה זו מתאימה רק לסינון מהיר של הונאת הצהרת דיו ולקבלת נקודת התחלה להערכת פירוגרמה ידנית.- להערכת נתונים פירוליזה, לסמן את כchromatogram כולו בתוכנת ההערכה של GC-MS (ראה טבלת חומרים) עם לחצן העכבר הימני לחוץ למטה כדי לקבל AMS.
- צור ספרייה של ספקטרום המתקבל של חומרים התייחסות ידועים של כל תרכובות הריבית, למשל, פיגמנטים ופולימרים, על ידי לחיצה על ספקטרום ועריכת ספריית (לחץ על יצירת ספרייה חדשה אם אף אחד לא קיים).
- בחרו ' הוסף ערך חדש ' ומלאו את כל המידע המעניין.
הערה: בחר את ספקטרום ה-AMS של תקנים או סוגי דיו , ולחץ על הקשת בחיפוש באמצעות העברה לתוכנה אחרת המסוגלת לבצע חיפושים בספריית MS. - ליצור AMS של הדיו נחקר פירוגרם ולהשתמש בחיפוש הספרייה להשוואה לספריית ה-AMS בייצור עצמי15. אל תכלול מיסות מתוך בליד עמודה או מרעשים בעמודות אחרות.
הערה: ההתאמה הגבוהה ביותר ברשימת החיפוש בספריה תהיה ככל הנראה הפיגמנט או הפולימר הנפוץ ביותר בצבעי הדיו. כדי לאמת זאת, השוו בין מוצרי הפירוק האופייניים לחומר הנראה בפירוליזה של החומר הסטנדרטי בפירוגרמה של הדיו שנותח ( ראה סעיף 3.4 והטבלה המושלמה 1).
- זיהוי של תרכובות לא נדיף עם תוכנת הערכה פירוגרם מיוחדים
- המר את פירוגרמות הריבית לתבנית הנחוצה כאמור בהוראות התוכנה. שילוב הפירוגרם באופן שיימצאו מקסימום של 200 תרכובות. אחרת, זמן הערכת נתונים בהערכת פירוגרם מגדילה באופן משמעותי.
- לבנות תיקיה במחשב שלך עם כל הערכים פירוגרם שצריך לשמש כספרייה, למשל, הספריה פיגמנט פירוגרם עבור זיהוי פיגמנט או פירוגרמות של דיו המקורי כדי להשוות אותו מוצרים מזויפים מזויפות.
- טען את פירוגרמה הלא ידוע בספריית הכרטיסיות על-ידי לחיצה על עיון.
- טען את תיקיית הספרייה ובחר רק MS תואמים RT התאמה באפשרויות החיפוש, מאז השפע הכולל ישתנה לעומת פירוגרם של פיגמנטים התייחסות.
- לחץ על מתקדם באפשרויות חיפוש. בחר את הפרמטר "השתמש רק פסגות עם שצוין MS ספקטרום" ולהשתמש סף התאמה של 850 בתוכנת ההערכה פירוגרם.
- לחץ על הוסף כדי לשמור שצוין ספקטרום ms (3 – 5 הגברת ספקטרום של הפסגות השופעת ביותר) מכל פירוגרם של פיגמנטים התייחסות או פולימרים מהספרייה באפשרויות החיפוש המתקדם (cf. טבלה משלימה 1). בדרך זו רק הצבעים הקשורים הפיגמנט מושווים אפילו בדיו רב רכיבי עם הפרעה אחרת גבוהה שופע פסגות.
- לחץ על אישור כדי לחזור לחלון הראשי.
- לחץ על החיפוש כדי להתחיל את ההשוואה.
- במקרה הצורך, עבור אל הכרטיסיה כרומאטוגרמה , בחר מתחם, ולחץ על שלח לרופא להעביר את הספקטרום לתוכנת הספריות של MS ולזהות את התרכובת.
הערה: לחץ על שלח לאפשרויות MS כדי לכלול את הספקטרום באפשרויות החיפוש המתקדמות (cf. step 3.3.6).
- זיהוי חומר ידני
הערה: אם אין תוכנת הערכה פירוגרם מיוחדים זמין להשתמש בהערכת הנתונים על-ידי רגיל תוכנית החיפוש של MS הספרייה וספרייה מסחרית יחד עם שברים דיווחו (טבלה משלימה 1) ואת ספריית פירוליזה15. השוואה ידנית של תרכובות פירוגרם עם מוצרי הפירוק ידוע מבוצעת גם כדי לאמת את הלהיטים הניתנים ב-AMS.- עבור הערכת נתונים עבור תרכובות לא נדיף, להפעיל את ה-GC-MS ניתוח הספרייה/MS החיפוש התוכנה ולפתוח את כרומטוגרם של לרוץ פירוליזה.
- בחרו ספריות פירוליזה מסחריות ומתוצרת עצמית (לדוגמה, ספריית פירוליזה שלנו15) על ידי לחיצה על הספקטרום ובחירת הספרייה . טען את כל ספריות הריבית.
- שילוב הפירוגרם בתוכנת ההערכה של GC-MS ולשקול את כל הפסגות עם שטח ≥ 0.2% של השטח הכולל (עשוי להיות מותאם באופן שבו כמות לניהול של פסגות יהיה משולב).
- התחל את החיפוש בספרייה על-ידי לחיצה על הספקטרום ודוח החיפוש של הספריה.
- השווה באופן ידני את כל ההתאמות של הספרייה לפיגמנט מסוים ולפירוק פולימר מוצרים בטבלה משלימה 1 או קטעים שצוינו בספרות16,17,18, מיכל בן 19 , מיכל בן 20 , מיכל בן 21 , מיכל בן 22 , מיכל בן 23 , בת 24 , מיכל בן 25 , 26. לפיגמנטים, 2 עד 3 מוצרי הפירוק נחוצים כדי לזהות בלתי משמעית את הפיגמנט המשמש.
הערה: יש להעריך בקפידה את כל ההתאמות הספקטרליות עם הספריות המתאימות. פסגות נוספות הגבוהות מהשיא ההמוני מתחשבות לעתים קרובות במבנים דומים בעלי קבוצות צד נוספות. במידת האפשר, יש לנתח את חומרי הייחוס כדי לקבל את זמן ההחזקה הפרטני בהגדרה האנליטית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
השיטה כוללת גישה לשני שלבים עבור כל מדגם (איור 1). בהפעלה הראשונה, המדגם מיובש בתוך מערכת הזרק ב 90 ° c לפני תרכובות נדיפות מועברים על העמודה. מאז תהליך הייבוש אינו שלם ברוב המקרים, ממיסים שיורית ותרכובות נדיפות מועברים ונותחו. במהלך ההפעלה השנייה, המדגם יבש בעבר בעקבות פירול להקל על ניתוח של רכיבים אורגניים לא נדיף.
איור 1: דיאגרמה סכימטית של זרימת העבודה פירוליזה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
דיו מיוצר היטב עם מרכיבים טהורים מאוד מספר מוגבל של רכיבים התוצאה chromatograms קל לפרש עם ספריות סטנדרטיות, מאז רוב הפסגות ניתן לזהות (איור 2). אבל אפילו בצבעי הדיו באיכות גבוהה, מרכיבים לא מוצהר נמצאו. לדוגמה, פרופילן גליקול נמצא לעתים קרובות בנוסף לגליצרול המוצהר (איור 2 ואיור 3).
חומרים אחרים כגון פורמלדהיד עשוי להתווסף כחומר משמר. 1-הידרוxy-2-propanone עשוי לגרום לטומאה של סינתזה פיגמנט, ולכן הוא דוגמה של חומר מוסף לא במכוון (NIAS).
איור 2: תוצאות הנציג של ניתוח py-GC-MS של דיו קעקוע עם רק כמה, מרכיבים טהורים. (A) 1 לרוץ: desorption לזיהוי תרכובות נדיפות. (ב) 2 לרוץ השני: פירוליזה לזיהוי תרכובות פחות לא נדיף. מרכיבים מוצהרים ומזוהים מצוינים להלן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
סוגי דיו המכילים חומרים מרובים וזיהומים יגרמו לפירוגרם שקשה לפרש (איור 3). רוב הפסגות המתרחשות בהפעלה השנייה עלול לא להיות מופרדים זה מזה, מה שהופך את הזיהוי לקשה, גם כאשר ניצול נתונים. חומרים מסוימים עלולים גם לגרום לפסגות מתחת לסף שנקבע במהלך הערכת נתונים (לדוגמה, 0.2% מכלל השיא הכולל). פתרון לבעיה זו עשוי להיות גישה מחוכמת-צעד באמצעות 400 ° c, 600 ° c ו-800 ° צ' בצעדי פירוליזה רצופים עבור אותו מדגם (ראה איור 4).
חלק ממוצרי פירוק הפיגמנט עשויים לרדת מפיגמנטים מרובים (טבלה משלימה 1). לדוגמה, באיור 3 ובאיור 4, ניתן להפיק מרחקסיל ציאניד מספר פיגמנטים צהובים או כתומים. מוצר הירידה 2-מתיונין המוצר עשוי גם לנבוע פיגמנט אדום 9, ו o-anisidine מן הפיגמנטים אדום 170 ו 9 אדום. עם זאת, בשל השילוב עם מוצר השפלה 4-מתיונין-2-ניטרו-אנילין ואת המראה הצהוב של הדיו, רק פיגמנטים צהובים 65 ו 74 יהיה סביר כמו תרכובות ההורה. שני הפיגמנטים הללו הם איזומרים אזוריים ולא ניתן להבדיל מאחרים בשיטה זו. פיגמנט כתום 13 — אשר הוצהר על בקבוק הדיו — לא זוהה. אם הפיגמנט היה נוכח רק בכמויות נמוכות, ייתכן שהוא היה מתחת למגבלת הזיהוי. מצד שני, הדיו מוכרז לעתים קרובות27כוזב.
איור 3: תוצאות הנציג של ניתוח py-GC-MS של דיו צהוב קעקוע "קרם בננה" עם הרבה, מרכיבים לא טהורים. (A) 1 לרוץ: desorption לזיהוי תרכובות נדיפות. (ב) 2 לרוץ השני: פירוליזה לזיהוי תרכובות פחות לא נדיף. מרכיבים מוצהרים ומזוהים מצוינים להלן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: פירוליזה הדרגתית של הדיו הצהוב "קרם בננה" המוצג באיור 3. A-C) פירוליזה עוקבת מפעילה ב-400 ° c, 600 ° c ו-800 ° c. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
תוצאה חיובית לזיהוי מוצר מזויף מוצגת בדוגמה הבאה (איור 5). שלושה צבעי "לימון צהובים" נרכשו גם ממפיץ מורשה של יצרן הדיו בארה ב, באמצעות פלטפורמת המכירה הפומבית באינטרנט או באמצעות מקום שוק אסיאתי. כל סוגי הדיו נותחו עם השיטה של שני השלבים py-GC-MS. בדוגמה זו, ההבדלים במספרי שיא ובזמני השמירה כבר גלויים בעין.
כרומאטוגרמה מתוך 1 הפעלה desorption ו פירוגרמה מן הפעלה 2 של הדיו המקורי הושוו נגד שלוש רכישות עצמאיות של הדיו המקורי ושני מוצרים מזויפים באמצעות תוכנת הערכה פירוגרם. התוכנה נמצאה שימושית במיוחד בהבחנה בין סוגי הדיו השונים. הגורם המשחק הקדמי היה מעל 0.9 (עם 1 להיות התאמה מושלמת) רק לכיוון פירוגרמות או desorption כרומטוגרמות של אותו דיו, בהתאמה.
כמו כן, התאמות קדימה מעל 0.9 הושגו רק עם אותו דיו בעת השוואת הדיו לספרייה הכיל פירוגרמות של 84 דיו של צבעים ויצרנים שונים.
לחילופין, השוואה סטטיסטית כפי שהוצע על ידי יאנג ואח ' לציפוי מכוניות ניתן להחיל14.
איור 5: זיהוי מוצרים מזויפים על ידי py-GC-MS. שלושה דיו "לימון צהוב" ממפיץ מורשה (A), פלטפורמת מכירה פומבית מקוונת (ב), ומקום שוק אסיאתי (C) נותחו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Py-GC-MS היא שיטת הקרנה שימושי עבור מגוון רחב של חומרים בדיו קעקועים שיכול לשמש גם ניתוח של מוצרים אחרים. לעומת שיטות אחרות, py-GC-MS יכול להתבצע עם הכנה לדוגמה מינימלית בלבד. התקני GC-MS ניתן למצוא ברוב המעבדות האנליטיות לעומת שיטות מיוחדות יותר כגון MALDI-תוף-MS ו-EDX.
הערכת הנתונים של פירוגרמות עשויה להיות מאתגרת, כיוון שרשימת המרכיבים האפשריים היא אינסופית בחיפושי הספרים והספריות המהווים גם התחשבות בשילוב החומרים כלפי מתחם אב בספרייה. שיטות הערכת הנתונים המתוארות כאן מאפשרות הקרנה מהירה של חומרים שנוספו לספריות פירוגרמה סטנדרטיות. לעומת זאת, בדיקת מוצרים מזויפים היא גישה מהירה וישירה שניתן לנהל ללא ספריות טרום-הבנייה, כיוון שזיהוי של חומרים בודדים אינו רלוונטי.
כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר האפשריות, כמות הדיו שנוספה לפירוליזה לא צריכה להיות גבוהה מדי או נמוכה מדי. זה יגרום לזיהום של יחידת פירוליזה, אניה או טור או חוסר פסגות משמעותיות עבור פרשנות פירוגרמה הנכון. לכן, באמצעות אמצעי אחסון מוגדר של דיו כפי שמתואר בשיטה זו עם יחסי פיצול מותאמים מומלץ מאוד. כפי שמוצג באיור 3, זיהומים או פולימרים יכולים להעמיס על הפירוגרם עם פסגות הפוגע בזיהוי של חומרים בודדים. לכן, מגבלת הזיהוי של פיגמנטים תלויה מאוד בתערובות המתאימות. במקרים כאלה, פיגמנטים עשויים להיות מופרדים לראשונה ממרכיבי דיו אחרים על ידי דילול ומשקעים בממיסים של מי אלכוהול.
הגבלת השיטה היא ניתוח של פיגמנטים אורגניים ללא מחשוף מסוים, כגון קוויאקרידוונס, פרלן ופרטינונס16,17,18. כמו כן, אם תערובת של פיגמנטים מרובים עם אותה קבוצת מחשוף מתרחשת (למשל, עם פיגמנטים אזו), הזיהוי עשוי להיות מאתגר (cf. דיו המוצג באיור 3). בנוסף, מוצרי פירוליזה חייבים להיות מסוגלים להיכנס לשלב הגז. פולימרים כמו הידרויוקסיל-תאית המורכבת של מונומרים סוכר כי צריך להיות שונה כימית עבור ניתוח GC-MS לא ניתן לזהות על ידי py-GC-MS. כמו בכל השיטות האחרות, ניתן לזהות רק פיגמנטים עם פירוגרמות ידועים. עם זאת, מוצרי הפירוק העיקריים ניתן להסיק ממבנה הפיגמנט, במיוחד במקרה של פיגמנטים אזו. לכן, בדיקת הסבירות של פיגמנט מוצהר יכול להתבצע גם אם הפיגמנט מעולם לא נותחו ב py-GC-MS לפני.
ניתן להשתמש בשיטה להפלות של צבעי דפוס מקוריים ממוצרים מזויפים. עם זאת, מדגם אמין של הדיו המקורי חייב להיות זמין. מאחר שהקומפוזיציה של צבעי הדפוס עשויה להשתנות לאורך זמן, יש להשתמש בדיו המיוצר באותו טווח זמן או באופן הטוב ביותר מאותה אצווה לצורך השוואה. בעתיד, py-GC-MS עשוי לשמש לניטור החומרים דיו קעקועים ובכך לחשוף הונאה ההצהרה ואת השימוש של פיגמנטים אסורים ומרכיבים אפשריים אחרים. יישום נוסף של שיטות אלה עשוי להיות זיהוי של מוצרים מזויפים14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
. למחברים אין מה לגלות
Acknowledgments
עבודה זו נתמכת על-ידי פרויקט המחקר הפנימי (SFP1323-103) במכון הפדרלי הגרמני להערכת הסיכונים (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).
