SPME/GC for Forensic Applications: Explosives, Fire Debris, and Drugs of Abuse

Význam tématu

Solid phase microextraction (SPME) umožňuje rychlou a bezsolventní extrakci stopových organických i anorganických látek z různých vzorků. Minimalizuje se tak spotřeba organických rozpouštědel, zkracuje čas přípravy a zvyšuje citlivost měření. Díky přímému přenosu analyzovaných látek do chromatografické kolony poskytuje SPME lepší poměr signál/šum, čistší chromatogramy a snadnou automatizaci v policejních, soudních i průmyslových laboratořích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem přehledového článku je shrnout vybrané aplikace SPME spojené s plynovou chromatografií (GC) a souvisejícími detektory při forenzních analýzách. Konkrétně jsou diskutovány metody pro sledování a stanovení výbušnin, detekci zbytků pohonných hmot v materiálu po požáru a analýzu drog (amfetaminů, kokainu) ve vzorcích biologických tekutin.

Použitá metodika a instrumentace

SPME princip spočívá v ustavení rovnováhy mezi analytem ve vzorku, hlavičkovém prostoru a polymerním povlakem na křemenném vláknu. Klíčové parametry:

• Typy vláken: PDMS (100 µm), PDMS/DVB (65 µm), PDMS/Carboxen (75 µm)
• Způsoby extrakce: přímá immersní vs. headspace sampling (předehřívání, agitace, přidání soli, pH)
• Rovnovážný čas: 5–60 min podle volatility a tloušťky povlaku
• Desorpce: 3–10 s až několik minut při 240–280 °C ve splitless nebo split režimu
• Chromatografická detekce: GC–ECD, GC–FID, GC–NPD, GC–MS (CI–SIM), HPLC (pro nitrocelulózové výbušniny)
• Kolony: polydimethylsiloxane, cyanopropyl, SPB-1701

Instrumentace zahrnuje vybavení pro manuální i automatizované vzorkování SPME (Varian, HP, Perkin-Elmer, Shimadzu), hlavičkové vials (4 mL), termostaty, míchadla a čistící stanice pro špičky.

Hlavní výsledky a diskuse

• Výbušniny: Extrakce organických výbušnin z pevných a vodných vzorků immersní SPME vláknem PDMS/DVB (65 µm) vedla k detekčním limitům pod 50 ppb. Čas extrakce do 30 min, desorpce 5 min, detekce ECD a GC–MS.
• Požární zbytky (benzín): Headspace SPME s 100 µm PDMS vláknem pro analýzu aromátů benzínu; citlivost 0,04 µL, nárůst signálu 1–18× oproti pasivní koncentraci, doba 20 min.
• Amfetaminy v moči: Ohřívané headspace SPME (80 °C) s PDMS vláknem, interní standard d5-methamphetamine, GC–MS/CI-SIM, lineární oblast 0,2–10 mg/L (r = 0,9999), CV do 7 %.
• Kokain v moči: Immersní SPME s 100 µm PDMS vláknem, desorpce 3 min při 240 °C, GC–NPD, detekční limit ~6 ng/0,5 mL, recovery 20–30 %, linearita 30–250 ng.

Přínosy a praktické využití metody

• Bezsolventnost a snížení expozice laborantů toxickým rozpouštědlům
• Rychlost analýzy (od 5 do 30 min vzorkování)
• Čistší extrakty s minimem matricových interferencí
• Snížení nákladů na spotřební materiál a čas pracovníků
• Možnost automatizace a terénního použití

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj nových speciálních povlaků (vícepólové, nanostrukturální) pro vyšší selektivitu
• Integrace SPME do plně automatizovaných systémů a online monitoring
• Kombinace SPME s UHPLC, mikrofluidními a spektrometrickými technikami
• Rozšíření pro stanovení rostlinných toxických látek, biomarkerů či environmentálních kontaminant

Závěr

SPME ve spojení s GC a různými detektory představuje univerzální a efektivní technologii pro forenzní analýzy. Metoda přináší významné zkrácení času přípravy vzorků, eliminaci organických rozpouštědel a dosahuje vynikajících detekčních limitů. Díky flexibilitě povlaků a možnostem moderní chromatografie a hmotnostní spektrometrie bude SPME nadále expandovat v kriminalistice i dalších oborech.

Reference

1. Almirall J.R., Bi G., Furton K.G. Analýza výbušnin pomocí SPME a HPLC/GC/ECD. Forensic Sci. (1998).
2. Furton K.G., Armirall J.R., Bruna J.C. Analýza benzínu ve vzorcích popela. J. Forensic Sci. 41 (1996).
3. Yang X., Peppard T. SPME ve zpracování potravin. J. Agric. Food Chem. 42 (1994).
4. Zhang X., Pawliszyn J. Teorie headspace SPME. Anal. Chem. 65 (1993).
5. Furton K.G., Bruna J., Almirall J. SPME pro forenzní vzorky požárních zbytků. J. High Resol. Chromatogr. 18 (1995).
6. Yashiki M. et al. Amfetaminy v moči metodou heated headspace SPME. Forensic Sci. Int. 76 (1995).
7. Hara K., Nagata T., Kimura K. Příprava d5-methamphetamine. Z. Rechtsmed. 96 (1986).
8. Brettell T. et al. Identifikace amfetaminů headspace derivatizací. Eastern Analytical Symposium (1997).
9. Kumazawa T. et al. Kokain v moči SPME–GC–NPD. Jpn. J. Forensic Toxicol. 13 (1995).
10. Roy I.M. et al. Interní standardy pro analýzu kokainu. J. Pharm. Biomed. Anal. 10 (1992).