Bentsodiatsepiinien ja amfetamiinijohdannaisten seulonta virtsasta mikropilarisähkösumutusmassaspektrometrian avulla

Väärinkäytettyjen aineiden seulontaan käytetyn menetelmän tulee olla herkkä, selektiivinen, yksinkertainen, nopea ja toistettava. Työn tavoitteena oli kehittää yksinkertainen, mutta herkkä, esikäsittelymenetelmä bentsodiatsepiinien ja amfetamiinijohdannaisten kvalitatiiviseen seulomiseen virtsasta mikropilarisähkösumutussirun (μPESI) avulla, mikä tarjoaisi vaihtoehdon seulonnassa käytetyille immunologisille menetelmille, joiden herkkyys ja selektiivisyys ovat puutteellisia. Tavoitteena oli samalla tarkastella mikropilarisähkösumutussirun toimivuutta biologisten näytteiden analyysissa. Esikäsittely optimoitiin erikseen bentsodiatsepiineille ja amfetamiinijohdannaisille. Käytettyjä esikäsittelymenetelmiä olivat neste-nesteuutto, kiinteäfaasiuutto Oasis HLB-patruunalla ja ZipTip®-pipetinkärjellä sekä laimennus ja suodatus ilman uuttoa. Mittausten perusteella keskityttiin optimoimaan ZipTip®-uuttoa. Optimoinnissa tutkittavia yhdisteitä spiikattiin 0-virtsaan niiden ennaltamääritetyn raja-arvon verran, bentsodiatsepiineja 200 ng/ml ja amfetamiinijohdannaisia 300 ng/ml. Bentsodiatsepiinien kohdalla optimoitiin kutakin uuton vaihetta ja optimoinnin tuloksena näytteen pH säädettiin arvoon 5, faasi kunnostettiin asetonitriililla, tasapainotettiin ja pestiin veden (pH 5) ja asetonitriilin (10 % v/v) seoksella ja eluoitiin asetonitriilin, muurahaishapon ja veden (95:1:4 v/v/v) seoksella. Amfetamiinijohdannaisten uutossa optimoitiin näytteen ja liuottimien pH-arvoja ja tuloksena näytteen pH säädettiin arvoon 10, faasi kunnostettiin veden ja ammoniumvetykarbonaatin(pH 10, 1:1 v/v) seoksella, tasapainotettiin ja pestiin asetonitriilin ja veden (1:5 v/v) seoksella ja eluoitiin metanolilla. Optimoituja uuttoja testattiin Yhtyneet Medix Laboratorioista toimitetuilla autenttisilla virtsanäytteillä ja saatuja tuloksia verrattiin kvantitatiivisen GC/MS-analyysin tuloksiin. Bentsodiatsepiininäytteet hydrolysoitiin ennen uuttoa herkkyyden parantamiseksi. Autenttiset näytteet analysoitiin Q-TOF-laitteella Viikissä. Lisäksi hydrolysoidut bentsodiatsepiininäytteet mitattiin Yhtyneet Medix Laboratorioiden TOF-laitteella. Kehitetty menetelmä vaatii tulosten perusteella lisää optimointia toimiakseen. Ongelmana oli etenkin toistoissa ilmennyt tulosten hajonta. Manuaalista näytteensyöttöä tulisi kehittää toistettavammaksi. Autenttisten bentsodiatsepiininäytteiden analyysissa ongelmana olivat virheelliset negatiiviset tulokset ja amfetamiinijohdannaisten analyysissa virheelliset positiiviset tulokset. Virheellisiä negatiivisia tuloksia selittää menetelmän herkkyyden puute ja virheellisiä positiivisia tuloksia mittalaitteen, sirujen tai liuottimien likaantuminen.

Novel Approaches to the Sampling of Atmospheric Aerosols and Determination of Chemical Composition

The Earth s climate is a highly dynamic and complex system in which atmospheric aerosols have been increasingly recognized to play a key role. Aerosol particles affect the climate through a multitude of processes, directly by absorbing and reflecting radiation and indirectly by changing the properties of clouds. Because of the complexity, quantification of the effects of aerosols continues to be a highly uncertain science. Better understanding of the effects of aerosols requires more information on aerosol chemistry. Before the determination of aerosol chemical composition by the various available analytical techniques, aerosol particles must be reliably sampled and prepared. Indeed, sampling is one of the most challenging steps in aerosol studies, since all available sampling techniques harbor drawbacks. In this study, novel methodologies were developed for sampling and determination of the chemical composition of atmospheric aerosols. In the particle-into-liquid sampler (PILS), aerosol particles grow in saturated water vapor with further impaction and dissolution in liquid water. Once in water, the aerosol sample can then be transported and analyzed by various off-line or on-line techniques. In this study, PILS was modified and the sampling procedure was optimized to obtain less altered aerosol samples with good time resolution. A combination of denuders with different coatings was tested to adsorb gas phase compounds before PILS. Mixtures of water with alcohols were introduced to increase the solubility of aerosols. Minimum sampling time required was determined by collecting samples off-line every hour and proceeding with liquid-liquid extraction (LLE) and analysis by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The laboriousness of LLE followed by GC-MS analysis next prompted an evaluation of solid-phase extraction (SPE) for the extraction of aldehydes and acids in aerosol samples. These two compound groups are thought to be key for aerosol growth. Octadecylsilica, hydrophilic-lipophilic balance (HLB), and mixed phase anion exchange (MAX) were tested as extraction materials. MAX proved to be efficient for acids, but no tested material offered sufficient adsorption for aldehydes. Thus, PILS samples were extracted only with MAX to guarantee good results for organic acids determined by liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS). On-line coupling of SPE with HPLC-MS is relatively easy, and here on-line coupling of PILS with HPLC-MS through the SPE trap produced some interesting data on relevant acids in atmospheric aerosol samples. A completely different approach to aerosol sampling, namely, differential mobility analyzer (DMA)-assisted filter sampling, was employed in this study to provide information about the size dependent chemical composition of aerosols and understanding of the processes driving aerosol growth from nano-size clusters to climatically relevant particles (>40 nm). The DMA was set to sample particles with diameters of 50, 40, and 30 nm and aerosols were collected on teflon or quartz fiber filters. To clarify the gas-phase contribution, zero gas-phase samples were collected by switching off the DMA every other 15 minutes. Gas-phase compounds were adsorbed equally well on both types of filter, and were found to contribute significantly to the total compound mass. Gas-phase adsorption is especially significant during the collection of nanometer-size aerosols and needs always to be taken into account. Other aims of this study were to determine the oxidation products of β-caryophyllene (the major sesquiterpene in boreal forest) in aerosol particles. Since reference compounds are needed for verification of the accuracy of analytical measurements, three oxidation products of β-caryophyllene were synthesized: β-caryophyllene aldehyde, β-nocaryophyllene aldehyde, and β-caryophyllinic acid. All three were identified for the first time in ambient aerosol samples, at relatively high concentrations, and their contribution to the aerosol mass (and probably growth) was concluded to be significant. Methodological and instrumental developments presented in this work enable fuller understanding of the processes behind biogenic aerosol formation and provide new tools for more precise determination of biosphere-atmosphere interactions.