Analiza tetrahydrokanabinolu (THC) i karboksytetrahydrokanabinolu (THCCOOH) w wodach powierzchniowych za pomocą SPME i GC/MS
Katherine K. Stenerson
Reporter US Volume 34.1
Wprowadzenie
Konopie indyjskie są substancją z wykazu 1 zgodnie z prawem federalnym USA. Jednak cztery stany, Kolorado, Waszyngton, Alaska i Oregon, zalegalizowały ją do użytku rekreacyjnego i medycznego. Poziom zażywania narkotyków przez ogół społeczeństwa jest zwykle określany na podstawie kwestionariuszy i statystyk dotyczących przestępczości; może to jednak nie dawać dokładnej oceny. Epidemiologia ścieków ma na celu skorelowanie danych z tych badań z rzeczywistymi poziomami stwierdzonymi w ściekach. W przypadku konopi indyjskich można to zrobić poprzez analizę substancji psychoaktywnej, tetrahydrokannabinolu (THC) i jego głównego metabolitu, karboksytetrahydrokannabinolu (THCCOOH).
THC można analizować bezpośrednio metodą GC, ale ponieważ THCCOOH zawiera w swojej strukturze grupę kwasową, wymaga derywatyzacji. Tak więc, jeśli oba związki są analizowane razem, należy zastosować derywatyzację. Sililację można wykorzystać do wytworzenia stabilnych GC pochodnych zarówno THC, jak i THCCOOH. W tym zastosowaniu, N-metylo--N-(trimetylosililo) trifluoroacetamid (MSTFA) został użyty do derywatyzacji obu związków poprzez zastąpienie aktywnych wodorów w grupach OH i COOH grupami trimetylosililowymi (TMS) (Rysunek 1).
Rysunek 1. Sililowanie THC i THCCOOH przy użyciu MSTFA
Mikroekstrakcja do fazy stałej (SPME) może być stosowana do ekstrakcji THC i THCCOOH z wody, oferując wyraźne korzyści w porównaniu z ekstrakcją do fazy stałej (SPE):
- Nie wymaga stosowania rozpuszczalników organicznych
- Jest łatwiejsza do zautomatyzowania
- Wymaga mniej czasu na przygotowanie próbki.
- Jest wysoce czuła
Definicję analitów można włączyć do procedury SPME na dwa sposoby: poprzez derywatyzację analitów w matrycy i ekstrakcję pochodnych lub poprzez derywatyzację analitów na włóknie SPME. Ta druga metoda została wybrana do opisanego tutaj zastosowania z derywatyzacją przeprowadzoną po ekstrakcji poprzez wystawienie włókna na działanie przestrzeni nadpowierzchniowej powyżej odczynnika derywatyzującego. W opisanym tutaj zastosowaniu derywatyzację przeprowadzono po ekstrakcji, wystawiając włókno na działanie przestrzeni nad MSTFA.
Eksperymentalne
Końcowe metody SPME i GC/MS są wymienione w tabelach 1 i 2. Ilościowe oznaczenie próbek przeprowadzono przy użyciu m/z 371 zarówno dla THC, jak i THCCOOH. Był to najliczniejszy jon w widmach dla pochodnych TMS obu związków. Odpowiedzi obliczono w odniesieniu do wzorców wewnętrznych THC-D3 i THCCOOH-D3 przy użyciu m/z 374 dla obu. Ostateczne oznaczenie ilościowe przeprowadzono w odniesieniu do krzywych kalibracyjnych przygotowanych w wodzie dejonizowanej o pH 2. Standardy obejmowały zakres stężeń od 5 do 100 ng / l.
Wyniki i dyskusja
Optymalizacja metod SPME i derywatyzacji
Zastosowana metoda SPME opierała się na wcześniej opublikowanych pracach.1 Dostosowanie próbki do pH 2 było konieczne do uzyskania odpowiedzi dla THCCOOH. Przy neutralnym pH wychwyt związku przez włókno SPME był niewielki lub żaden. THC ekstrahowało się jednak dobrze przy pH 2 i neutralnym pH. Zastosowane włókno SPME to 2 cm DVB / CAR / PDMS, które oferowało większą pojemność próbki niż częściej stosowana wersja 1 cm i zapewniało wyższą odpowiedź szczytową przy niższych poziomach analitu.
Wcześniejsze prace wskazywały, że dla THC i THCCOOH spodziewano się długich czasów wyrównania na włóknie SPME w oparciu o ich wysoką masę cząsteczkową i hydrofobowość.1,2 Należało wybrać czas ekstrakcji, który zrównoważyłby zarówno czułość, jak i wydajność laboratorium. Jeśli THC i THCCOOH były obecne w próbkach wód powierzchniowych, oczekiwano, że ich poziomy będą bardzo niskie. Tak więc wykrywanie na niskich poziomach ng/L było niezbędne. W przypadku próbki o objętości 8 ml, 60-minutowy czas ekstrakcji zapewnił wystarczającą czułość dla obu związków na poziomach poniżej 10 ng/L.
Reakcje sililowania są wrażliwe na obecność wody. Derywatyzacja musiała zostać zoptymalizowana w celu skompensowania wody obecnej na włóknie po ekstrakcji. Z tego powodu użyto fiolki o pojemności 10 ml zawierającej 500 μl MSTFA, aby zapewnić wystarczające stężenie odczynnika derywatyzującego w przestrzeni nadpowierzchniowej. Następnie badano czas derywatyzacji od 10 do 30 minut (Rysunek 2). Reakcje obu związków zwiększały się wraz z upływem czasu; jednak czas derywatyzacji został ograniczony do 30 minut w celu utrzymania całkowitego czasu przygotowania próbki do rozsądnej długości.
Ze względu na wytrzymałość adsorbentu karboksenu we włóknie DVB/CAR/PDMS, po desorpcji zastosowano wypalanie, aby zapobiec przenoszeniu próbki. Jako temperaturę po wypalaniu wybrano maksymalną temperaturę roboczą włókna DVB/CAR/PDMS (270 °C). Dziesięć minut po wypaleniu było wystarczające, aby ograniczyć przenoszenie. Było to monitorowane za pomocą półfabrykatów włókien w trakcie zbierania danych. Przeniesienie pochodnej TMS THC mieściło się zazwyczaj w zakresie 0,1%, podczas gdy nie wykryto przeniesienia THCCOOH.
Rysunek 2. Wpływ czasu derywatyzacji na odpowiedź analitu
Liniowość metody i poziom wykrywalności
Metoda wykazała dobrą liniowość dla próbek wody w zakresie od 5 do 100 ng/L, z wartościami r2 >0,95 dla obu związków (Rysunek 3). Określenie poziomu wykrywalności metody SPME przeprowadzono przy użyciu zestawu próbek wody dejonizowanej z domieszką THC i THCCOOH w ilości 10 ng/L (n = 8). Wyniki badania podsumowano w Tabeli 3. Dokładność wynosiła 95%, a precyzja (mierzona jako względne odchylenie standardowe lub RSD) wynosiła 20% dla obu związków. Granice wykrywalności i oznaczalności (LOD, LOQ) zostały obliczone przy użyciu standardowej praktyki dla metod środowiskowych: LOD, odchylenie standardowe razy wartość t-Studenta (poziom ufności 99%) i LOQ, dziesięciokrotność odchylenia standardowego.3 Wartości LOD wynosiły <5 ng/L dla obu związków, a wartości LOQ wynosiły 11 i 14 ng/L odpowiednio dla THC i THCCOOH. W chwili pisania tego tekstu nie ma ustalonych najwyższych dopuszczalnych poziomów zanieczyszczeń dla tych związków w wodach powierzchniowych; jednak wartości LOD mieściły się w zakresie wcześniej zgłaszanych dla tego typu próbek.1
Rysunek 3. Liniowość metody, od 5 do 100 ng/l (z korektą wzorca wewnętrznego)
Rysunek 4. Zestaw #1 dla wód powierzchniowych. Oczyszczone ścieki z zakładu uzdatniania wody
Analiza próbek wody środowiskowej
Próbki wód powierzchniowych zostały pobrane w dwóch różnych stanach USA, jednym, w którym używanie marihuany jest legalne, a drugim, w którym nie jest. Pierwszy zestaw próbek wód powierzchniowych pochodził ze stanu, w którym używanie marihuany jest legalne. Próbki pobrano w obszarze potoku, do którego odprowadzane są oczyszczone ścieki z oczyszczalni ścieków obsługującej duży uniwersytet. Próbki zostały pobrane w dwóch różnych miejscach i przetestowane w dwóch egzemplarzach. Z jednego z zestawów próbek przygotowano próbkę matrycową o wartości 50 ng/l i duplikat próbki matrycowej. Wyniki podsumowano w Tabeli 4. THC wykryto w próbkach z obu lokalizacji. Znaleziony poziom był technicznie poniżej obliczonego LOQ metody, ale odtwarzalność była bardzo dobra, co wskazuje na dokładny pomiar. THCCOOH wykryto w obu próbkach z miejsca nr 1, ale poziom był zbyt niski, aby uzyskać dokładne oznaczenie ilościowe. Nie wykryto go w obu próbkach z miejsca nr 2, a zatem nie jest zgłaszany. Wyniki MS/MSD wykazały dobrą odtwarzalność i dokładny pomiar poziomów domieszek.
Drugi zestaw próbek wód powierzchniowych pochodził ze stanu, w którym używanie marihuany nie jest obecnie legalne. Próbki pobrano w zlewni przylegającej do dużego uniwersytetu. Próbki zostały pobrane w dwóch punktach poboru i przetestowane w dwóch egzemplarzach, z matrycą spike i duplikatem matrycy spike utworzonym z jednego z zestawów. Wyniki podsumowano w Tabeli 5. THC wykryto tuż powyżej LOD w jednym z zestawów próbek, ale odtwarzalność pomiaru była słaba. Metabolit THCCOOH nie został wykryty w żadnym zestawie próbek. MS/MSD testowany z próbkami został wzbogacony o 10 ng/L dla obu związków. Dokładność pomiaru na tym poziomie wyniosła >90%, z dobrą odtwarzalnością (<10% RPD).
*RPD, odtwarzalność dwóch pomiarów; MS/MSD, matrix spike i matrix spike duplicate, spiked at 50 ng/L. +Amount reported after sample subtraction.
*RPD, odtwarzalność dwóch pomiarów; MS/MSD, matrix spike i matrix spike duplicate, spiked at 10 ng/L. +Amount reported after sample subtraction.
Wnioski
SPME z derywatyzacją na włóknie może być stosowane do jednoczesnej analizy THC i metabolitu THCCOOH. Granica wykrywalności z wody wynosiła 3-4 ng/L dla obu związków z granicą oznaczalności 10-15 ng/L. Po zastosowaniu do próbek wód powierzchniowych, metoda była w stanie wykryć zarówno THC, jak i THCCOOH na niskim poziomie ng/L. Metoda ta wymaga minimalnego czasu pracy i jest opłacalna przy minimalnej ilości odpadów, ponieważ nie wymaga stosowania rozpuszczalników organicznych ani jednorazowych wkładów ekstrakcyjnych. Oprócz THC i THCCOOH, metoda SPME może zostać rozszerzona o dodatkowe kannabinoidy.
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?