Fast analysis of doping agents in urine by ultra-high-pressure liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry. II: Confirmatory analysis.

For doping control, analyses of samples are generally achieved in two steps: a rapid screening and, in the case of a positive result, a confirmatory analysis. A two-step methodology based on ultra-high-pressure liquid chromatography coupled to a quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-QTOF-MS) was developed to screen and confirm 103 doping agents from various classes (e.g., beta-blockers, stimulants, diuretics, and narcotics). The screening method was presented in a previous article as part I (i.e., Fast analysis of doping agents in urine by ultra-high-pressure liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Part I: screening analysis). For the confirmatory method, basic, neutral and acidic compounds were extracted by a dedicated solid-phase extraction (SPE) in a 96-well plate format and detected by MS in the tandem mode to obtain precursor and characteristic product ions. The mass accuracy and the elemental composition of precursor and product ions were used for compound identification. After validation including matrix effect determination, the method was considered reliable to confirm suspect results without ambiguity according to the positivity criteria established by the World Anti-Doping Agency (WADA). Moreover, an isocratic method was developed to separate ephedrine from its isomer pseudoephedrine and cathine from phenylpropanolamine in a single run, what allowed their direct quantification in urine.

Fast analysis of doping agents in urine by ultra-high-pressure liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry I. Screening analysis.

The general strategy to perform anti-doping analyses of urine samples starts with the screening for a wide range of compounds. This step should be fast, generic and able to detect any sample that may contain a prohibited substance while avoiding false negatives and reducing false positive results. The experiments presented in this work were based on ultra-high-pressure liquid chromatography coupled to hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Thanks to the high sensitivity of the method, urine samples could be diluted 2-fold prior to injection. One hundred and three forbidden substances from various classes (such as stimulants, diuretics, narcotics, anti-estrogens) were analysed on a C(18) reversed-phase column in two gradients of 9min (including two 3min equilibration periods) for positive and negative electrospray ionisation and detected in the MS full scan mode. The automatic identification of analytes was based on retention time and mass accuracy, with an automated tool for peak picking. The method was validated according to the International Standard for Laboratories described in the World Anti-Doping Code and was selective enough to comply with the World Anti-Doping Agency recommendations. In addition, the matrix effect on MS response was measured on all investigated analytes spiked in urine samples. The limits of detection ranged from 1 to 500ng/mL, allowing the identification of all tested compounds in urine. When a sample was reported positive during the screening, a fast additional pre-confirmatory step was performed to reduce the number of confirmatory analyses.

A fast method using a new hydrophilic–lipophilic balanced sorbent in combination with ultra-high performance liquid chromatography for quantification of significant bioactive metabolites in wines

This manuscript describes the development and validation of an ultra-fast, efficient, and high throughput analytical method based on ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) equipped with a photodiode array (PDA) detection system, for the simultaneous analysis of fifteen bioactive metabolites: gallic acid, protocatechuic acid, (−)-catechin, gentisic acid, (−)-epicatechin, syringic acid, p-coumaric acid, ferulic acid, m-coumaric acid, rutin, trans-resveratrol, myricetin, quercetin, cinnamic acid and kaempferol, in wines. A 50-mm column packed with 1.7-μm particles operating at elevated pressure (UHPLC strategy) was selected to attain ultra-fast analysis and highly efficient separations. In order to reduce the complexity of wine extract and improve the recovery efficiency, a reverse-phase solid-phase extraction (SPE) procedure using as sorbent a new macroporous copolymer made from a balanced ratio of two monomers, the lipophilic divinylbenzene and the hydrophilic N-vinylpyrrolidone (Oasis™ HLB), was performed prior to UHPLC–PDA analysis. The calibration curves of bioactive metabolites showed good linearity within the established range. Limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) ranged from 0.006 μg mL−1 to 0.58 μg mL−1, and from 0.019 μg mL−1 to 1.94 μg mL−1, for gallic and gentisic acids, respectively. The average recoveries ± SD for the three levels of concentration tested (n = 9) in red and white wines were, respectively, 89 ± 3% and 90 ± 2%. The repeatability expressed as relative standard deviation (RSD) was below 10% for all the metabolites assayed. The validated method was then applied to red and white wines from different geographical origins (Azores, Canary and Madeira Islands). The most abundant component in the analysed red wines was (−)-epicatechin followed by (−)-catechin and rutin, whereas in white wines syringic and p-coumaric acids were found the major phenolic metabolites. The method was completely validated, providing a sensitive analysis for bioactive phenolic metabolites detection and showing satisfactory data for all the parameters tested. Moreover, was revealed as an ultra-fast approach allowing the separation of the fifteen bioactive metabolites investigated with high resolution power within 5 min.

Fast Detection and Chemical Characterization of Gunshot Residues by CMV-GC-MS and LIBS

Gunshot residue (GSR) is the term used to describe the particles originating from different parts of the firearm and ammunition during the discharge. A fast and practical field tool to detect the presence of GSR can assist law enforcement in the accurate identification of subjects. A novel field sampling device is presented for the first time for the fast detection and quantitation of volatile organic compounds (VOCs). The capillary microextraction of volatiles (CMV) is a headspace sampling technique that provides fast results (< 2 min. sampling time) and is reported as a versatile and high-efficiency sampling tool. The CMV device can be coupled to a Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) instrument by installation of a thermal separation probe in the injection port of the GC. An analytical method using the CMV device was developed for the detection of 17 compounds commonly found in polluted environments. The acceptability of the CMV as a field sampling method for the detection of VOCs is demonstrated by following the criteria established by the Environmental Protection Agency (EPA) compendium method TO-17. The CMV device was used, for the first time, for the detection of VOCs on swabs from the hands of shooters, and non-shooters and spent cartridges from different types of ammunition (i.e., pistol, rifle, and shotgun). The proposed method consists in the headspace extraction of VOCs in smokeless powders present in the propellant of ammunition. The sensitivity of this method was demonstrated with method detection limits (MDLs) 4-26 ng for diphenylamine (DPA), nitroglycerine (NG), 2,4-dinitrotoluene (2,4-DNT), and ethyl centralite (EC). In addition, a fast method was developed for the detection of the inorganic components (i.e., Ba, Pb, and Sb) characteristic of GSR presence by Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Advantages of LIBS include fast analysis (~ 12 seconds per sample) and good sensitivity, with expected MDLs in the range of 0.1-20 ng for target elements. Statistical analysis of the results using both techniques was performed to determine any correlation between the variables analyzed. This work demonstrates that the information collected from the analysis of organic components has the potential to improve the detection of GSR.

Base molecular da hemocromatose hereditária não-clássica em Portugal

A Hemocromatose Hereditária (HH) é uma doença autossómica recessiva caracterizada pela absorção excessiva de ferro a nível intestinal e sua acumulação em órgãos vitais, podendo originar cardiomiopatia, cirrose e carcinoma hepatocelular. O correspondente diagnóstico molecular é obtido pela associação com genótipos específicos no gene HFE (homozigotia para p.Cys282Tyr ou heterozigotia composta p.Cys282Tyr/p.His63Asp). Contudo, nos países do sul da Europa, cerca de um terço dos doentes com diagnóstico clínico de HH não apresenta os referidos genótipos. Para identificar a base molecular da HH não-clássica em Portugal usaram-se metodologias de pesquisa geral de variantes genéticas (SSCP e dHPLC), Next-Generation Sequencing (NGS) e sequenciação de Sanger, cobrindo seis genes relacionados com o metabolismo do ferro em 303 doentes. Identificaram-se 69 variantes diferentes e de vários tipos, por ex. missense, nonsense, de splicing, que perturbam a transcrição do gene ou a regulação da tradução do mRNA. Seguidamente, realizaram-se estudos in silico e in vitro para esclarecer o significado etiológico de algumas das novas variantes. Concluiu-se que a base molecular desta patologia é bastante heterogénea e que a NGS é uma ferramenta adequada para efetuar a análise simultânea dos vários genes num grande número de amostras. Contudo, o estabelecimento da relevância clínica de algumas variantes requer a realização de estudos funcionais.

Analyzing TDMA with slot skipping

Distributed real-time systems, such as factory automation systems, require that computer nodes communicate with a known and low bound on the communication delay. This can be achieved with traditional time division multiple access (TDMA). But improved flexibility and simpler upgrades are possible through the use of TDMA with slot-skipping (TDMA/SS), meaning that a slot is skipped whenever it is not used and consequently the slot after the skipped slot starts earlier. We propose a schedulability analysis for TDMA/SS. We assume knowledge of all message streams in the system, and that each node schedules messages in its output queue according to deadline monotonic. Firstly, we present a non-exact (but fast) analysis and then, at the cost of computation time, we also present an algorithm that computes exact queuing times.

Quasi-integrals and the origin of bursting pH oscillations in an enzyme model system

Bursting Oscillation, Mixed-Mode oscillation, Slow Manifold, Quasi-Integral, slow-fast analysis, QSSA

Avaluació de vitamines i antioxidants en aliments vegetals mitjançant tècniques HPLC-DAD i UPLC-MS/MS

El programa experimental s’ha portat a terme dins el marc de les activitats del projecte TRUEFOOD, finançat per la UE per als anys 2007-2010. L’objectiu principal d’aquesta activitat ha estat l’avaluació dels continguts en àcid ascòrbic (vitamina C), polifenols totals, àcids fenòlics i flavonoides en mostres de tomàquet i enciam, produïts sota diferents condicions de camp (producció ecològica i convencional). Per aconseguir els resultats s’han utilitzat mètodes analítics basats en tècniques de cromatografia líquida d’alta eficàcia (HPLC) i d’ultra-alta eficàcia (UHPLC) acoblades a sistemes de detecció de diode array (DAD) i espectrometria de masses (MSn). Per a l’àcid ascòrbic, s’ha desenvolupat un mètode ràpid que ha permès la determinació d’aquest compost en diferents matrius vegetals amb el mínim pretractament de les mostres, utilitzant una fase estacionària HILIC (Fluorinated Stationary Phase). Els mètodes desenvolupats d’anàlisi de compostos fenòlics han permès realitzar les anàlisi de forma ràpida, a fi de processar el màxim nombre de mostres per a obtenir resultats representatius. S’ha realitzat una completa caracterització dels extractes de tomàquet i enciam, ampliant el coneixement descrit en la bibliografia sobre la seva composició fenòlica. En el cas de l’enciam, s’ha identificat quatre compostos fenòlics que mai abans han estat descrits i quantificats en aquesta hortalissa. La definició, amb precisió, dels continguts en vitamina C i compostos fenòlics en les mostres analitzades ha permès comparar els efectes de diferents tècniques de cultiu sobre les característiques nutricionals dels vegetals objecte de l’estudi. Els mètodes d’anàlisi desenvolupats i els resultats derivats del projecte seran publicats properament en revistes científiques de reconegut prestigi.

L'application de la spectroscopie Raman en criminalistique pour l'analyse du colorant des fibres textiles en acrylique, coton et laine

RESUME La méthode de la spectroscopie Raman est une technique d'analyse chimique basée sur l'exploitation du phénomène de diffusion de la lumière (light scattering). Ce phénomène fut observé pour la première fois en 1928 par Raman et Krishnan. Ces observations permirent à Raman d'obtenir le Prix Nobel en physique en 1930. L'application de la spectroscopie Raman a été entreprise pour l'analyse du colorant de fibres textiles en acrylique, en coton et en laine de couleurs bleue, rouge et noire. Nous avons ainsi pu confirmer que la technique est adaptée pour l'analyse in situ de traces de taille microscopique. De plus, elle peut être qualifiée de rapide, non destructive et ne nécessite aucune préparation particulière des échantillons. Cependant, le phénomène de la fluorescence s'est révélé être l'inconvénient le plus important. Lors de l'analyse des fibres, différentes conditions analytiques ont été testées et il est apparu qu'elles dépendaient surtout du laser choisi. Son potentiel pour la détection et l'identification des colorants imprégnés dans les fibres a été confirmé dans cette étude. Une banque de données spectrale comprenant soixante colorants de référence a été réalisée dans le but d'identifier le colorant principal imprégné dans les fibres collectées. De plus, l'analyse de différents blocs de couleur, caractérisés par des échantillons d'origine inconnue demandés à diverses personnes, a permis de diviser ces derniers en plusieurs groupes et d'évaluer la rareté des configurations des spectres Raman obtenus. La capacité de la technique Raman à différencier ces échantillons a été évaluée et comparée à celle des méthodes conventionnelles pour l'analyse des fibres textiles, à savoir la micro spectrophotométrie UV-Vis (MSP) et la chromatographie sur couche mince (CCM). La technique Raman s'est révélée être moins discriminatoire que la MSP pour tous les blocs de couleurs considérés. C'est pourquoi dans le cadre d'une séquence analytique nous recommandons l'utilisation du Raman après celle de la méthode d'analyse de la couleur, à partir d'un nombre de sources lasers le plus élevé possible. Finalement, la possibilité de disposer d'instruments équipés avec plusieurs longueurs d'onde d'excitation, outre leur pouvoir de réduire la fluorescence, permet l'exploitation d'un plus grand nombre d'échantillons. ABSTRACT Raman spectroscopy allows for the measurement of the inelastic scattering of light due to the vibrational modes of a molecule when irradiated by an intense monochromatic source such as a laser. Such a phenomenon was observed for the first time by Raman and Krishnan in 1928. For this observation, Raman was awarded with the Nobel Prize in Physics in 1930. The application of Raman spectroscopy has been undertaken for the dye analysis of textile fibers. Blue, black and red acrylics, cottons and wools were examined. The Raman technique presents advantages such as non-destructive nature, fast analysis time, and the possibility of performing microscopic in situ analyses. However, the problem of fluorescence was often encountered. Several aspects were investigated according to the best analytical conditions for every type/color fiber combination. The potential of the technique for the detection and identification of dyes was confirmed. A spectral database of 60 reference dyes was built to detect the main dyes used for the coloration of fiber samples. Particular attention was placed on the discriminating power of the technique. Based on the results from the Raman analysis for the different blocs of color submitted to analyses, it was possible to obtain different classes of fibers according to the general shape of spectra. The ability of Raman spectroscopy to differentiate samples was compared to the one of the conventional techniques used for the analysis of textile fibers, like UV-Vis Microspectrophotometry (UV-Vis MSP) and thin layer chromatography (TLC). The Raman technique resulted to be less discriminative than MSP for every bloc of color considered in this study. Thus, it is recommended to use Raman spectroscopy after MSP and light microscopy to be considered for an analytical sequence. It was shown that using several laser wavelengths allowed for the reduction of fluorescence and for the exploitation of a higher number of samples.

Design of surface forces apparatus for tribology studies combined with nonlinear optical spectroscopy

We describe the design, calibration, and performance of surface forces apparatus with the capability of illumination of the contact interface for spectroscopic investigation using optical techniques. The apparatus can be placed in the path of a Nd-YAG laser for studies of the linear response or the second harmonic and sum-frequency generation from a material confined between the two surfaces. In addition to the standard fringes of equal chromatic order technique, which we have digitized for accurate and fast analysis, the distance of separation can be measured with a fiber-optic interferometer during spectroscopic measurements (2 Å resolution and 10 ms response time). The sample approach is accomplished through application of a motor drive, piezoelectric actuator, or electromagnetic lever deflection for variable degrees of range, sensitivity, and response time. To demonstrate the operation of the instrument, the stepwise expulsion of discrete layers of octamethylcyclotetrasiloxane from the contact is shown. Lateral forces may also be studied by using piezoelectric bimorphs to induce and direct the motion of one surface.

O estado da arte da cromatografia líquida de ultra eficiência

Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC) retains the same principles as High Performance Liquid Chromatography (HPLC), but uses 1-2.1 mm i.d. columns with sub-2 µm particles. It is considered the newest advance in analytical separation science. The use of these small particles with mobile phases at high linear velocities increases resolution and detectability and decreases analysis time. Thus, the analyses are faster, the solvent volume is smaller, the efficiency is higher and the detectability is 2-3 times higher when compared with HPLC analysis.

Purification of Hydrocarbon Waste Streams

Purification of hydrocarbon waste streams is needed to recycle valuable hydrocarbon products, reduce hazardous impacts on environment, and save energy. To obtain these goals, research must be focused on the search of effective and feasible purification and re-refining technologies. Hydrocarbon waste streams can contain both deliberately added additives to original product and during operation cycle accumulated undesired contaminants. Compounds may have degenerated or cross-reacted. Thus, the presence of unknown species cause additional challenges for the purification process. Adsorption process is most suitable to reduce impurities to very low concentrations. Main advantages are availability of selective commercial adsorbents and the regeneration option to recycle used separation material. Used hydrocarbon fraction was purified with various separation materials in the experimental part. First screening of suitable materials was done. In the second stage, temperature dependence and adsorption kinetics were studied. Finally, one fixed bed experiment was done with the most suitable material. Additionally, FTIR-measurements of hydrocarbon samples were carried out to develop a model to monitor the concentrations of three target impurities based on spectral data. Adsorption capacities of the tested separation materials were observed to be low to achieve high enough removal efficiencies for target impurities. Based on the obtained data, batch process would be more suitable than a fixed bed process and operation at high temperatures is favorable. Additional pretreatment step is recommended to improve removal efficiency. The FTIR-measurement was proven to be a reliable and fast analysis method for challenging hydrocarbon samples.

Analyse quantitative des cyanotoxines d'eau douce par LDTD-APCI-MS/MS

Avec la hausse mondiale de la fréquence des floraisons de cyanobactéries (CB), dont certaines produisent des cyanotoxines (CT), le développement d’une méthode de détection/quantification rapide d’un maximum de CT s’impose. Cette méthode permettrait de faire un suivi quotidien de la toxicité de plans d’eau contaminés par des CB et ainsi d’émettre rapidement des avis d’alerte appropriés afin de protéger la santé publique. Une nouvelle technologie utilisant la désorption thermique induite par diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique sous pression atmosphérique (APCI) et reliée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) a déjà fait ses preuves avec des temps d'analyse de l’ordre de quelques secondes. Les analytes sont désorbés par la LDTD, ionisés en phase gazeuse par APCI et détectés par la MS/MS. Il n’y a donc pas de séparation chromatographique, et la préparation de l’échantillon avant l’analyse est minimale selon la complexité de la matrice contenant les analytes. Parmi les quatre CT testées (microcystine-LR, cylindrospermopsine, saxitoxine et anatoxine-a (ANA-a)), seule l’ANA-a a généré une désorption significative nécessaire au développement d’une méthode analytique avec l’interface LDTD-APCI. La forte polarité ou le poids moléculaire élevé des autres CT empêche probablement leur désorption. L’optimisation des paramètres instrumentaux, tout en tenant compte de l’interférence isobarique de l’acide aminé phénylalanine (PHE) lors de la détection de l’ANA-a par MS/MS, a généré une limite de détection d’ANA-a de l’ordre de 1 ug/L. Celle-ci a été évaluée à partir d’une matrice apparentée à une matrice réelle, démontrant qu’il serait possible d’utiliser la LDTD pour effectuer le suivi de l’ANA-a dans les eaux naturelles selon les normes environnementales applicables (1 à 12 ug/L). Il a été possible d’éviter l’interférence isobarique de la PHE en raison de sa très faible désorption avec l’interface LDTD-APCI. En effet, il a été démontré qu’une concentration aussi élevée que 500 ug/L de PHE ne causait aucune interférence sur le signal de l’ANA-a.

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.