Summary
מערכת החיקוי מבוקרת היא שיטה פשוטה, ניידת בשטח בעלות נמוכה של אספקת ריח לבדיקות ואימונים של ריח הריח. הוא בנוי של ריחן נשמר על חומר adsorbent והוא כלול בתוך שקית פולימר חדיר המאפשר שחרור מבוקר של אדי ריח לאורך זמן.
Abstract
מערכת חקבר ריח מבוקרת (COMPS) פותחה כדי לספק שיטת בדיקת שדה נוחה של אספקת ריח בשיעורים מבוקרים ותו לא. COMPS מורכבים ריח של עניין על חומר סופג אטום בתוך שקית פולימר חרנטית. השכבה הניתחלת מאפשרת שחרור קבוע של ריחן על פני כמות נתונה של זמן. התיק הניתן לכך מאוחסן עוד יותר בשקית משנית ובלתי ניתנת לעצירה. הליך הבלימה הכפולה מאפשר שיווי משקל של האודורנט מהשקית החדירה אך בתוך השכבה החיצונית הבלתי חדיר, וכתוצאה מכך מקור מיידי וניתן לשחזור של אדי ריח בעת ההסרה מהאריזה החיצונית. COMPS משמשים הן בבדיקות חוש הריח לתרחישים ניסיוניים והן באימון זיהוי חוש הריח, כגון עם כלבי זיהוי. COMPS יכול לשמש כדי להכיל מגוון רחב של ריחות (למשל, אבקות סמים) ולספק שחרור מבוקר של ריחות הקשורים. זמינות ריח מ-COMPS באה לידי ביטוי במונחים של קצב חחלה (כלומר, קצב אדי ריחות המשתחררים מ-COMPS ליחידה) ונמדדת בדרך כלל על ידי אמצעים כבידתיים. ניתן לכוונן את קצב חחלה עבור מסה נתונה או נפח של ריחן לפי הצורך על ידי שינוי עובי התיק, שטח הפנים ו/או סוג הפולימר. ריכוז הריח הזמין מCOMPS יכול להימדד גם על ידי טכניקות ניתוח headspace כגון מיקרו-extraction שלב מוצק עם כרומטוגרפיה גז / ספקטרומטריה מסה (SPME-GC / MS).
Introduction
Olfaction הוא חיוני, אך לעתים קרובות התעלמו, מנגנון חישה בשימוש על ידי רוב בעלי החיים. עבור רבים זהו המנגנון העיקרי לאיתור מזון, מציאת בן זוג, או חישה בסכנה1. יתר על כן, יכולות הריח של בעלי חיים מסוימים, בעיקר ציפורים, מנוצלות באופן קבוע על ידי בני אדם לזיהוי מוברחים (לדוגמה, סמים או חומרי נפץ), או חפצים אחרים בעלי עניין, כגון נעדרים, מינים פולשניים אומחלות 2,3. עבור מחקר זיהוי דרכים או נושאי מחקר אחרים של חוש הריח, חוקרים לעתים קרובות ללמוד את תהליך הריח ואת החוזקות והמגבלות של מערכת הריח. ככזה, זה בדרך כלל רצוי לשלוט בשחרור של אדי ריח לסביבה כדי לספק באופן רפרוספקטיבי כמויות ידועות של ריח במהלך הבדיקה. אי מתן דין וחשבון על שינויים בזמינות הריח בשל גורמים כגון לחץ אדים או השפעות סביבתיות לעתים קרובות מסבך את פרשנות הנתונים ואת הישימות4. כמו כן רצוי לספק כמות מוגדרת של ריח במהלך תרחישי אימון לזיהוי גלגלי. לדוגמה, מחקרים של Hallowell ואח'5 ועל ידי Papet6 הצביעו על החשיבות של עוצמת ריח בתפיסת ריח, וששינוי עוצמת ריח יכול להשפיע על איך זה נתפס לבד או בתערובת.
בהגדרות מעבדה, השימוש בציוד אנליטי כגון צינורות חחלה עם תנורים הניתנים לשליטה, גנרטורי אדים או olfactometers עשוי לשמש לשליטה באספקת ריח. עם זאת, סוג זה של ציוד אינו מעשי לשימוש במהלך בדיקות שדה ותרחישי אימון4. מערכת החיקוי של ריח מבוקר (COMPS) פותחה כשיטה פשוטה, בעלות נמוכה וחד-פעמית לאספקת ריח מבוקרת שאינה דורשת חשמל חיצוני. לכן, הם יכולים בקלות להיות משולבים במגוון רחב של תרחישי בדיקה והכשרהשונים 7. יחידות COMPS פשוט מורכבות מרעון של עניין על חומר סופג אטום בתוך שקית פולימר חרנטית, המאוחסנת במערכת בלימה משנית. ניצול COMPS מפחית את השונות בין בדיקות ומשפר את העקביות במהלך תרגיליאימון 8.
מסירת ריח או זמינות מ-COMPS נמדדת במונחים של קצב חחלה, כפי שנקבע על ידי ניתוח כבידתי במונחים של מסה של אדים שפורסמו לאורך זמן. שיעורי חחלה יכול להיות נשלט על ידי מספר גורמים, כולל את העובי של תיק הפולימר, שטח הפנים הזמין שלה, סוג החומר סופג (השקוע) בשימוש, ואת כמות ריח. שיעור חחלה הוא קבוע לתקופה נתונה של זמן (שעות או ימים) בהתאם לאודורנט בשימוש. הדבר מאפשר שונות מינימלית בהספקת ריח במהלך בדיקה או אימון. במהלך האחסון, COMPS מגיעים לשיווי משקל בתוך מיכל חיצוני בלתי חדיר, וכתוצאה מכך מקור מיידי של אדי ריח בקצב חודר ידוע.
COMPS תוכננו בתחילה להכיל ריחות הקשורים לחומרי נפץ וישמשו כחיקוי ריח7. כפי שהוגדר על ידי Macias ואח ', ריח מחקה חומר של עניין, כגון חומר נפץ, על ידי מתן תרכובות נדיפות דומיננטיות, או ריחות, נמצא במרחב הראש של חומר זה ללא נוכחות של חומרהאב עצמו 8. כדי ליצור חיקוי ריח, יש לקבוע את ריחות החומר האב. ריח פעיל, בתרחיש זה, מתואר כתרכובת הפכפכה שכלב מיומן לזיהוי חומרי נפץ מזהה, מתוך אמונה שיש חומר נפץ ממשי. לאחר שזיהו תרכובות נדיפות דומיננטיות במרחב הראש של מספר חומרי נפץ, COMPS היו מוכנים לשחרר ריחות בודדים אלה בקצב מבוקר למשך ניסויים שדה זיהוי חוש הריח של ים ולקבוע את ריחן פעיל הקשורים מספר חומרי נפץ. COMPS שימשו בהצלחה למטרה זו7,9 ומאז שימשו כחיקוי ריח עבור אימון נוסף לזיהוי חומר נפץ.
Macias ואח '. השתמש COMPS המכיל piperonal, מוצק כימי טהור בטמפרטורת החדר כי, בשלב האדים, כבר הראה להיות ריחן פעיל עבור MDMA (3,4-מתילן-מתימטאמפטמין), התרופה הפסיכואקטיבית המכונה אקסטזי. החוקרים השתמשו בעוביים שונים ובשטחים של שקיות פוליאתילן בצפיפות נמוכה כדי להתאים את קצב ההחלחלה של אדי piperonal. סדרה זו של COMPS שימשה לאחר מכן להערכת סף זיהוי piperonal עבור אנשים מאולפים לזיהוי סמים8. לעומת זאת, במחקר נפרד, עוביי שקית COMPS הותאמו כדי למזער את סטיית שיעורי חודר בין כל תרכובת בסדרה הומולוגית למרות שהיו ברשותם לחצים אדים שונים באופן דרסטי. אם עובי שקית אחת היה בשימוש במחקר זה, תרכובות אלה עם לחצים אדים גבוהים יותר היו מניבים שיעורי חחלה הרבה יותר גבוהים. על ידי הגדלת עובי התיק עבור תרכובות תנודתיות גבוהה יותר, שיעורי חחלות הותאמו כך שהם היו דומים עבור כלתרכובות 4. שני המחקרים מדגימים את התועלת ויכולת ההסתגלות של COMPS כדי לשלוט בשחרור אדים. מחקרים דומים אופטימיזציה עובי שקית פולימר, כמו גם חומר סופג בוצעו ביצירת ריח מחקה עבור cathinones סינתטי (כלומר, מלחי אמבט)10,סמים אחרים (כוללהרואין ומריחואנה 11),ותרכובות ריח אנושי 12,13. בדוגמה אחרונה, סיימון ואח' חקר את האודורנטים הפעילים הקשורים למין פטריות פולשני14. חתיכות שלמות של קליפת עץ נגועה, במקום ריחות שחולצו, הונחו ישירות לתוך שקית הפולימר כדי לשלוט בשחרור במהלך בדיקת olfactionכלבים 14. ניתן לנצל COMPS עבור מגוון תרחישים, ואת הפרוטוקולים שנדונו בזאת נבחרו כדי להדגים את המגוון של כלי זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הרכבה של COMPS (איור 1)
- לתרכובת מסודרת (נוזלית) על החתמה (איור 1A)
- כדי להפרות את הצוללת עם ריח, השתמש פיפטה מכויל להוסיף 5 μL של תרכובת מסודרת 2 x 2 אינץ' כותנה גזה כרית או מצע אחר של בחירה (ראה טבלת חומרים).
- מקפלים את משטח הגזה לשניים ומניעים את זה (או חומר חלופי) לתוך שקית פוליאתילן בצפיפות נמוכה 2 x 3 אינץ' חודר. עובי התיק המוצע הוא בין 1 MIL, עבור קצב חריץ המהיר ביותר, כדי 8 MIL, עבור קצב חריץ איטי יותר.
הערה: ניתן להשתמש בווריאציות בחומרים סופגים, גודל תיק חודר, כימיה פולימרית ועובי, אך שינויים אלה משפיעים על קצב ההחלחלה של ריחות (ראה דיון נוסף בסעיף התוצאות). - אטמו מיד את תיק הפולימר סגור עם איטום חום, ומבטלים כמה שיותר אוויר מתוך השקיות.
- לאחסן את התיק בשקית שאינה ניתנת לתכלית, או אם ייווצר בה באופן מיידי, מניחים אותה בסירה נקייה בשקילה במכסה אדים(איור 1B).
- לחומר מוצק, אין צורך בצע(איור 1C)
- לשקול את הכמות הרצויה של חומר מוצק, אשר עשוי להיות תרכובת טהורה או חומר היעד בפועל, ולמקם 2 x 3 אינץ' פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) שקית חודרת. שוב, עובי התיק המוצע נע בין 1 MIL ל 8 MIL.
- אטום חום מיידי של תיק הפולימר נסגר, תוך חיסול כמה שיותר אוויר מתוך התיק, ומאחסנים או מניחים בצד בסירה שוקלת.
2. ניתוח כבידתי כדי לקבוע את שיעור חריג COMPS
הערה: טמפרטורת סביבה קבועה חשובה למדידות מדויקות ותו לא, הן כבידתיות והן מרחב ראש. יש לשמור על טמפרטורה קבועה במהלך כל הבדיקות. מומלץ לבצע את כל המדידות האנליטיות בטמפרטורות הרצויות במהלך הבדיקה.
- כדי לקבוע את שיעור ההחלחלה של האדורנטים דרך התיק הניתן לתחלחל, מניחים COMPS חדש בסירה שקילה בתוך מכסה המנוע אדים.
- מניחים סירה נקייה ונפרדת על איזון אנליטי, ואפס האיזון.
- הסר את COMPS ממכסה האדים והניע על כף המאזניים. להקליט את המסה ומיד לחזור למכסה המנוע אדים.
- המשך להקליט את המסה של COMPS על פני מרווחי זמן קבועים עד המסה של COMPS לא ישתנה עוד (±5%). בשלב זה הריח של COMPS הוא התרוקן.
- כשליטה שלילית, ליצור COMPS ריק המורכב רק חומר הצוללת ללא ריחות אטומים לתוך התיק חדירות. התייחסו לשליטה שלילית זו באותו אופן כמו COMPS עם ריחן כדי להבטיח תנודות מינימליות במסה לאורך זמן.
- חשב את קצב ההחלחלה מה- COMPS.
- התווה את המסה של COMPS לעומת זמן על עלילת X-Y בתוכנה מתאימה לניתוח סטטיסטי.
- התאם קו מגמה ליניארי רק לחלק הליניארי של הגרף והצג משוואה בתרשים. אין להגדיר את קו המגמה כך שיכלול את המקור. השיפוע של הקו (כלומר, m ב- y = m+ b) הוא שיעור ההחלחלה במסה לכל זמן יחידה.
3. ניתוח מרחב ראש על ידי מיקרו-extraction שלב מוצק עם כרומטוגרפיה גז / ספקטרומטריה מסה (SPME-GC / MS) (אופציונלי)
- הכינו COMPS טרי בעקבות ההוראות לעיל ולאפשר לו לשוויון בסירה פתוחה במשקל בתוך מכסה המנוע אדים במשך 30 דקות.
- מוציאים את ה-COMPS מסירת השקילה, מניחים אותה במיכל מתכת מרופד באפוקסי של ליטר אחד ללא מכסה, והכניסו אותה למכל מתכת מרופד באפוקסי של 1 ליטר. יש לשמור את המכולות במכסה אדים למשך הניסוי.
- אפשר לפחות 30 דקות לשיווי משקל במכולה לפני הדגימה.
- לדגום לאחר שיווי משקל, מניחים מכסה עם חור 1 ס"מ שנקדח בעבר על גבי המיכל החוץ. הכנס סיב SPME מתאים דרך החור על המכסה כדי לחלץ את האנליטיט של עניין. כאשר סיבי SPME אינו בשימוש, לכסות את החור עם סרט פרפין או משהו כזה. זמן החילוץ וציפוי הסיבים יהיו תלויים בסוג ובכמות אדי האנליטיים הנוכחיים, כמו גם בגודל כלי הדגימה והתנאים הסביבתיים15.
- הסר את סיבי SPME לאחר זמן החילוץ המוקצב ומקום במקום מחומם של GC/MS לצורך תספיגה תרמית וניתוח.
- הפעל את שיטת GC/MS המתאימה למתחם המשמש ב- COMPS16.
- עבור כמות, השווה את אזור השיא שנוצר לעקומת כיולחיצונית 16 ו/או תקן פנימי 17 בהתאם לשיטה ולעיצוב הניסיוני.
הערה: 1) בדוגמה זו, נעשה שימוש במכולות מדגם מתכת מרופדות אפוקסי, אך סוגים אחרים של מכולות יהיו מתאימים גם הם. כדי להשוות ישירות את זמינות הריח להערכות חוש הריח של שדה, עדיף להשתמש באותו מיכל, שנוקה בין כל בדיקה, עבור שני הניסויים; 2) לקבלת תוצאות לשחזור, יש לשמור על כל ההיבטים של הליך הדגימה בכל ניסויי השכפול, כולל אך לא רק זמן שיווי משקל, זמן החילוץ של SPME, סוג וגודל מיכל ותנאים סביבתיים (כלומר, טמפרטורה ולחות).
4. אחסון COMPS
- מניחים COMPS יחיד בשקית מחסום מתכתית (3.5 x 4.5 אינץ') וחום-אטם לסגור, הסרת אוויר רב ככל האפשר מהשקית לפני איטום(איור 1B).
- יש לאחסן בתנאי סביבה קרירים או בקירור, אך לא מתחת או קרוב להקפאה כדי למנוע היווצרות של עיסוק כאשר ה-COMPS מפשיר.
- אם בדיקת odorants מרובים או שיעורי משלוח ריחן בניסוי אחד, בלימה משנית מומלץ לחסל כל זיהום צולב אפשרי במהלך תחבורה ואחסון.
- מקום לשכפל שקיות מחסום מרובות כל המכיל COMPS בודדים של אותו analyte וקצב חודר בשקית חיצונית, גדולה יותר מתכת או צנצנת זכוכית לאחסון והובלה.
5. בדיקת חוש הריח שדה
הערה: בדיקות חוש הריח יכולות להתבצע בדרכים רבות ושונות בהתאם לחיה שנבדקו, למטרת הניסוי ולתנאים הסביבתיים. הפרוטוקול שלהלן מתאר דרך בדיקה אחת כזו. יש לבחון תחילה את כל הניסויים בבעלי חיים ואושרו על ידי ועדה מוסדית לטיפול בבעלי חיים ולשימוש (IACUC).
- תחילה, צור COMPS שליטה ריקה או שלילית כמתואר לעיל. הפוך מספיק כדי שכל מכולה בתרחיש הבדיקה תכיל COMPS חילוף (2-3 בהתאם למספר בעלי החיים המעורבים בניסוי). ארזו את כל COMPS הריק יחד בבלימה משנית (כלומר, שקית מתכת גדולה יותר או צנצנת זכוכית עם מכסה איטום).
- צור COMPS טרי לפי הצורך עבור פרוטוקול בדיקת השדה המיועד. לחסל את כל מקורות הזיהום האפשריים בין COMPS והשקית מתכתית. זה יכול להתבצע על ידי שינוי קבוע של כפפות וניקוי של משטח העבודה במעבדה.
- אחסן את COMPS למשך יום אחד לפחות לפני השימוש כדי לאפשר שוויון. אחסן את כל השכפולים באותו גורם מכיל משני. עם זאת, COMPS שונים צריכים להיות בגורמים מכילים משניים נפרדים.
- כדי להגדיר בדיקת חוש הריח הבסיסית של הכלבים, קבעו שורות מרובות של לפחות חמישה מכולות זהות (לדוגמה, מיכלי מתכת, תיבות), כאשר מספר הקווים תלוי במספר המשתנים שנבדקו.
- הגדר את הניסיון כך שכל שורה תכיל גורם מכיל אחד עם COMPS היעד וארבע עם COMPS ריק. קווי בקרה חיוביים, שהוכנו באותו אופן אך עם ריח יעד ידוע, עשויים לשמש בהתאם לתרחיש הניסוי, האימון או הבדיקה. פקד שלילי נוסף או שורה ריקה אמורים להכיל חמישה COMPS ריקים ולא יעדים. הזמן קו בקרה שלילי זה, קו בקרה חיובי (אם משתמש) וקווי בדיקה באקראי, ושנה את הסדר באמצעות מחולל מספרים אקראי עבור כל בדיקת חוש הריח של הכלב כמעשית עבור תרחיש הבדיקה.
- כלול גם ריח מסיח דעת/חומר אחד לכל שורה.
- אקראי את הסדר והמיקום של היעד ואת ריחות מסיח את הדעת בכל שורה עבור כל נבדק באמצעות מחולל מספרים אקראי.
- הגדר את הניסיון כך שכל שורה תכיל גורם מכיל אחד עם COMPS היעד וארבע עם COMPS ריק. קווי בקרה חיוביים, שהוכנו באותו אופן אך עם ריח יעד ידוע, עשויים לשמש בהתאם לתרחיש הניסוי, האימון או הבדיקה. פקד שלילי נוסף או שורה ריקה אמורים להכיל חמישה COMPS ריקים ולא יעדים. הזמן קו בקרה שלילי זה, קו בקרה חיובי (אם משתמש) וקווי בדיקה באקראי, ושנה את הסדר באמצעות מחולל מספרים אקראי עבור כל בדיקת חוש הריח של הכלב כמעשית עבור תרחיש הבדיקה.
- כדי להכין את המכולות, הסר COMPS מהמכלים המשניים והחוץיים, והנח רק את התיק הניתן לתקרה במיכל הניסיון.
- אפשר COMPS לשוויון במכל לפחות 30 דקות לפני הבדיקה.
- חזור על שלבים עבור כל COMPS בשימוש בבדיקה, החל כדורי סרק, ואחריו פקדים חיוביים (אם משתמשים), ולאחר מכן בדיקת ריחות, החלפת כפפות בכל פעם.
הערה: דוגמאות מפורטות של תרחישי בדיקת ים ניתןלמצוא סיימון ואח '.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
המטרה העיקרית של שימוש COMPS בבדיקות ריח / אימון היא לשלוט על שחרורם של odorants שנבחר ולספק כמות מבוקרת של ריח על פני משך הבדיקה או אימון. שחרור Odorant נמדד על ידי ניתוח כבידתי במונחים של אובדן המוני לכל זמן יחידה. איור 2 נותן דוגמה לתוצאות כבידתיות מחלחל של שלושה COMPS זהים שהוכנו מ 5 μL של חומצה פנטנואית על גזה כותנה דרך שקית LDPE 3 MIL. שורת רגרסיה נוספה לגרף, והמדרון של הקו מייצג את קצב חחלה של 37 μg/min עבור קבוצה זו של COMPS.
לעתים קרובות רצוי להיות מסוגל להתאים את כמות ריחן שוחרר לבדיקה נתונה. ניתן לעשות זאת במספר דרכים, כולל התאמת כמות החומר בתיק, שטח הפנים של חומר התיק הניתן לתחלחל, או עובי התיק. איור 3 מראה כיצד כל שלושת הגורמים הללו שימשו לשליטה בשחרור הצינורות. איור 3א מציין קשר לוגריתמי בין המסה בצינור בשקית חדירות (3 x 3 אינץ', 2 MIL LDPE), שם קצב חדירות גדל במהירות במסות התחתנות, אז הואט לאחר 500 מ ג בשל הגבלה פיזית בכמות של ריחן שניתן להשתחרר מהשקית הנתונה בכל פעם. הנתונים באות 3B מתארים קשר ליניארי בין קצב חחלה ושטח הפנים של התיק הניתן ל-2 גרם של piperonal בשקית LDPE של 2 MIL. לבסוף, קצב חודר ירד ליניארית עם עובי שקית מוגברת (2 גרם של piperonal בשקית 3 x 3 אינץ'), כפי שמצג איור 3C, כי התיק עבה יותר מגביל ומאט את הפליטה.
בדוגמה נוספת של השירות של שליטה שיעורי חחל, סיימון ואח '.4 השתמש עובי שקית כדי לתקנן שיעורי חמלה עבור תרכובות של לחצים אדים שונים על מנת להציג דרכים עם זמינות ריח דומה עבור כל analyte במהלך בדיקות שדה. נפח של 5 μLs של כל analyte מסודר היה pipetted על רפידות גזה כותנה נפרדות והונח לתוך 2 x 3 אינץ' LDPE שקיות חודרות. שיעורי ההחלפה נמדדו על ידי ניתוח כבידתי. איור 4 מציג את השונות בלחצי האדים (איור 4א)על פני קבוצות של אנליטים (RSD = 138%) בהשוואה לשינוי בשיעור ההחלדה לאחר התאמתעובי התיק (איור 4B) כדילשלוט בקצב וכיצד הם דומים ככל האפשר (RSD = 31.8%). יתר על כן, התאמת עובי התיק אפשרה שיעורי חודר להשתנות לפי שלוש הזמנות בסדר גודל (טבלה 1).
מדידות Headspace יכול לשמש כדי למדוד טוב יותר את כמות ריח זמין במהלך תרחיש בדיקה או אימון נתון. Macias18 נמדד כמות piperonal במרחב הראש של שלושה COMPS עם שיעורי חדירות של 1,000, 100, ו 10 ng/min(איור 5). COMPS הונחו ב1 ליטר דגימה יכול, ואת המרחב הראש חולץ במשך 30 דקות באמצעות SPME. הכרומטוגרף שנוצר באות 5 מראה את אזורי השיא של הצינור גדלים עם שיעור חחלה הולך וגדל18.
Macias אז השתמש אלה שלוש קבוצות של COMPS piperonal בניסויים נושאים. כלבי זיהוי סמים מאומנים נבדקו על 0 (ריק), 10, 100, ו 1,000 ng / s piperonal COMPS בכלובריח (טבלה 2). התוצאות הראו כי ככל שקצב ההחלמה, ובכך זמינות ריח, הגדיל את מספר הכלבים המתריעים COMPS המתאים גדל18.
איור 1: דוגמאות של COMPS. (A)קומפס הבנוי ממשטח גזה כותנה בשקית פולימר חדיר. שוחזר מסיימון ואח '4 (ב)COMPS מוכנס לתוך שקית אטומה החוצה. (ג)COMPS המכיל עץ נגוע כמקור ריח בשקית פולימר. דמויות ב' ו-ג' שוחזרו באישור סיימוןואח' 19. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: מדידה לדוגמה של קצב חחלה לפי ניתוח כבידתי. אובדן המוני של analyte (כלומר, חומצה פנטנואית) על גזה דרך שקית LDPE 3 MIL נמדד לאורך זמן. A, Bו- C מציינים שכפולים של אותו חומר, בעוד ש-"Average" הוא הערך הממוצע של השלושה בכל נקודת זמן. המשוואה הנתונה מתארת את התאמה ליניארית לנתונים הממוצעים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: דוגמאות לגורמים המתאימים את קצב ההחלחלה. גרפים של פיזור piperonal מצביעים על שיעורי חודר נמדד ניסיוני בעת שינוי(A)המסה של piperonal (3 x 3 אינץ', 2 MIL LDPE שקית),(ב)את שטח הפנים של התיק חודר (2 גרם של piperonal, 2 MIL LDPE), ו - (C) עובי התיק (2 גרם של piperonal, 3 x 3 אינץ' שקית). כל קווי השגיאה מייצגים סטיית תקן אחת של הממוצע (מייצגי פעילויות מסוימים נמצאים בגודל הסמן). נתונים אלה שוחזרו באישור מסיאס ואח'18. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: השוואה של וריאציית לחץ אדים על פני קבוצה של תרכובות לעומת וריאציה קצב חחל. (א)לחצים אדים עבור מבחר של 12 תרכובות (RSD = 138%) בהשוואה ל - (B) שיעורי חחלה עבור תרכובות זהות עם עוביים COMPS נבחרים (RSD = 31.8%). מספרים בסוגריים מייצגים עובי תיק LDPE ב- MIL. נתונים אלה שוחזרו באישור סיימון ואח'4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: ניתוח מרחב ראש של COMPS piperonal בשלושה שיעורי חחלה. כרומטוגרם מכוסה של רכיבי מרחב הראש של COMPS piperonal מותאם שיעורי חדירות של 1,000, 100, ו 10 ng / s. שוחזר באישור מסיאס ואח '18. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
| עובי תיק | שיעור חחלה (מ"ג/דקה) | R בריבוע |
| 1 מיליון דולר | 0.108 | 0.974 |
| 4 מיליון דולר | 0.042 | 0.991 |
| 8 מיליון דולר | 0.00499 | 0.99 |
| 4 מיליון בשקית מתכת עם חור של 1/8 אינץ' | 0.000179 | 0.972 |
טבלה 1: קצב חחלה לעומת עובי שקית. שיעור חחלה של מתיל בנזואט על גזה כותנה ב COMPS של עוביים שקית שונים. שים לב כי שיעור חמלה הנמוך ביותר הושג על ידי הצבת COMPS 4 MIL בתוך שקית מתכת עם 1/8 בבור. הערך R2 מציין את התאמת השורה להתווה הגרבימטרי.
| קצב חחלה של COMPS Piperonal | מספר התראות | התראת % |
| 0 ng/s (ריק) | 0 | 0% |
| 10 ng/s | 4 | 25% |
| 100 ng/s | 7 | 44% |
| 1000 ng/s | 12 | 75% |
טבלה 2: דוגמה לתוצאות ניסיון שדה ים. תגובות כיצדנית COMPS piperonal עם שיעורי חדירות הנעים בין 0-1,000 ng/s. שוחזר באישור מסיאס ואח '18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מערכות חריצים מבוקרות של ריח מחקה (COMPS) נוצרות בקלות על ידי איטום ריח של עניין לתוך שקית חדיר. ניתן לעשות זאת על ידי הצבת תרכובת נוזלית מסודרת על חומר סופג ולאחר מכן הכנסת החומר סופג לתוך התיק; על ידי הצבת תרכובת טהורהומוצקה ישירות לתוך התיק 4,כפי שנעשה במקרה של piperonal8; או על ידי הצבת חומר היעד המכיל ריחות מרובים או לא ידועים לתוך שקית חדיר, כפי שנעשה עם עץ נגוע פטריות14. התיק חרנט שולט בשחרור של ריחן כך כמות ידועה לשחזור ניתן להעביר על פני תקופת אימון או בדיקה נתונה. קצב חודר נמדד בדרך כלל על ידי ניתוח כבידתי, התוויית אובדן מסה לאורך זמן, ותואמת אותו על-ידי שינוי מספר פרמטרים, כולל החומר הסופג, המסה/נפח של ריחן, או פרמטרים של תיק חודר (כלומר עובי, שטח פני השטח או סוג פולימר). COMPS מאוחסנים במעטפה חוץ שאינה ניתנת לתכלית, המאפשרת COMPS לשוויון לפני השימוש, ובכך לספק כמות ידועה של ריחן מיד בעת השימוש.
שיעור חחלחל של COMPS גדול יותר, ריכוז גדול יותר של ריח זמין במהלך אימון או תרחיש בדיקה. כדי לכמות או להשוות את ריכוז הריח הנפלט מ- COMPS, יש להשלים את ניתוח מרחב הראש של COMPS במיכל הבדיקה/אימון. הדבר נעשה בדרך כלל על ידי חילוץ הריח באמצעות SPME עם ניתוח על ידי GC/MS. למטרות כמות או השוואה, מומלץ להשתמש בתקן פנימי ו/או בעקומות כיול חיצונית.
COMPS משמשים כמכשירים בעלי עלות נמוכה הניתנים לשדה לשליטה בשחרור ריח ריח לאימונים או בדיקות חוש הריח, כגון עם גלאי גלגל. ניתן להשתמש ב-COMPS שוב ושוב עד לדלדול, בכל פעם המספקים את אותו קצב פליטת ריח, אם כי משך הזמן שקצב הפליטה קבוע ישתנה עבור כל אנליטי וצריך להיבדק במעבדה לפני השימוש. זה מתגבר על מגבלה מוכרת של שליטה באספקת ריח לשימוש בשטח ומקדמת מחקר olfaction וזיהוי אימון בעלי חיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אין ניגודי עניינים לדווח.
Acknowledgments
עבודה זו מומנה בחלקה על ידי המשרד למחקר ימי והמכון הלאומי לצדק (2006-DN-BX-K027). המחברים מבקשים להודות לסטודנטים רבים "קבוצת Furton" שהשתתפו בפרויקט זה, כמו גם משתפי פעולה ממעבדת המחקר הימי של ארה"ב ואת מרכז לוחמה פני השטח הימי (ראש הודו EOD חטיבת טכנולוגיה). לבסוף, המחברים מודים לפיטר נונז מאקדמיית קיי-9 של ארה"ב, טוני גוזמן מ-Metro-Dade K9 Services, ולקבוצות הכלבים של רשויות אכיפת החוק באזור מיאמי-דייט.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 16 oz economy jars (70-450 finish) | Fillmore container | A16-08C-Case 12 | |
| 7890A gas chromatograph / 5975 mass selective detector | Agilent | ||
| Analytical balance | Mettler Toledo | 01-911-005 | |
| Ball regualr bands and dome lids | Fillmore container | J30000 | |
| Cotton gauze (2" x 2") | Dukal | ||
| Disposable weighing boats | VWR | 10803-148 | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 gallon | TriTech Forensics | CANG-E | |
| Epoxy-lined sample containers, 1 pint | TriTech Forensics | CANPT-E | |
| Low density polyetheylene bag | Uline | S-5373 | |
| Rtx-Volatiles (30 m x 0.32 mmID) column | Restek | 10901 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (3.5" x 4.5") | ESP Packaging | 95509993779 | |
| Silver metalized mylar barrier bag (5" x 8.5" x 3") | ESP Packaging | 95509993793 | |
| Solid phase microextration fiber assembly (PDMS/DVB/CAR) | Sigma-Aldrich | 57328-U | |
| Solid phase microextration holder | Sigma-Aldrich | 57330-U | |
| Tabletop Impulse Sealer | Uline | H-190 | Heat sealer |
References
- Buck, L., Axel, R. A novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition. Cell. 65, 175-187 (1991).
- Furton, K. G., Myers, L. J. Scientific foundation and efficacy of the use of canines as chemical detectors for explosives. Talanta. 54, 487-500 (2001).
- Leitch, O., Anderson, A., Kirkbride, K., Lennard, C. Biological organisms as volatile compound detectors: A review. Forensic Science International. 232, 92-103 (2013).
- Simon, A. G., et al. Method for controlled odor delivery in canine olfactory testing. Chemical Senses. 44 (6), 399-408 (2019).
- Hallowell, L. R., et al. Detection of hidden explosives: New challenges and progress (1998-2009). Forensic Investigation of Explosives. 2nd Ed. , CRC Press. Boca Raton, FL. 53-77 (2012).
- Papet, L. Narcotic and explosive odors: Volatile organic compounds as training aids for olfactory detection. Canine Olfaction Science and Law. , CRC Press. Boca Raton, FL. 265-278 (2016).
- Controlled Odor Mimic Permeation System. US Patent. Furton, K., Harper, R. , 20080295783 (2017).
- Macias, M. S., Guerra-Diaz, P., Almirall, J. R., Furton, K. G. Detection of piperonal emitted from polymer controlled odor mimic permeation systems utilizing canis familiaris and solid phase microextract-ion mobility spectrometry. Forensic Science International. 195, 132-138 (2010).
- Harper, R., Almirall, J., Furton, K. Identification of dominant odor chemicals emanating from explosives for use in developing optimal training aid combinations and mimics for canine detection. Talanta. 67, 313-327 (2005).
- Francis, V. S. The identification of volatile organic compounds from synthetic cathinone derivatives for the development of odor mimic training aids. Florida International University. , Miami, FL. (2017).
- Huertas-Rivera, A. M. Identification of the active odors from illicit substances for the development of optimal canine training aids. Florida International University. , Miami, FL. (2016).
- DeGreeff, L. E., Furton, K. G. Collection and identification of human remains volatiles by non-contact, dynamic airflow sampling and SPME-GC/MS using various sorbent materials. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 401, 1295-1307 (2011).
- DeGreeff, L. E., Curran, A. M., Furton, K. G. Evaluation of selected sorbent materials for the collection of volatile organic compounds related to human scent using non-contact sampling mode. Forensic Science International. 209 (1-3), 133-142 (2011).
- Simon, A. G., Mills, D. K., Furton, K. G. Chemical and canine analysis as complimentary techniques for the identification of active odors of the invasive fungs, Raffaelea lauicola. Talanta. 168, 320-328 (2017).
- Penton, Z. Method development with solid phase microextraction. Solid Phase Microextraction: A Practical Guide. , Marcel Dekker, Inc. New York, NY. 27-58 (1999).
- Robards, K., Haddad, P. R., Jackson, P. E. Principles and Practice of Modern Chromatographic Methods. , Elsevier Ltd. San Diego, CA. (2004).
- MacCrehan, W., Moore, S., Schantz, M. Evaluating headspace component vapor-time profiles by solid-phase microextraction with external sampling of an internal standard. Analytical Chemistry. 83, 8560-8565 (2011).
- Macias, M. S. The Development of an Optimized System of Narcotic and Explosive Contraband Mimics for Calibration and Training of Biological Detectors. , Florida International Unversity. Miami, FL. Dissertation (2009).
- Simon, A. G. The Detection of an Invasive Pathogen through Chemical and Biological Means for the Protection of Commercial Crops. , Florida International Unversity. Miami, FL. Dissertation (2017).
