Знание - новое поле брани для стран, корпораций и индивидуумов.
Лекция № 6, РХТУ, 2012 ХТА: ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВЕЩЕСТВ НК
Внешний вид наркотических средств коки НК
Был язык мой правдив, как спектральный анализ Арсений Тарковский Может ли вообще спектральный анализ быть правдивым? Физические процессы, сопровождающие возбуждение спектра и его регистрацию происходят в мире, где нет такого понятия. В ХТА существует бескомпромиссное требование к достоверности идентификации ТВ, т. к. всегда возникает вероятность, что человек может пострадать от каких-либо юридических последствий. Математическая статистика - гарант правдивости, знак качества результата анализа НК
ХТА любого ТВ - систематический процесс, включающий в себя последовательное продвижение от менее специфических методов к более специфическим. * Специфические методы включают в себя инструментальный анализ см. Учебник, гл. 5 + CD НК
Классификация методов анализа Категория А Категория В Категория С Масс- спектрометрия ТСХ Цветные тесты ИК спектроскопия Микрокристалло скопические тесты Иммунные методы ГЖХ Определение точки пл. ВЭЖХ УФ спектроскопия Капиллярный электрофорез Флуориметрия Спектроскопия ядерного магнитного резонанса Морфологическоеисследование: /конопля/ НК
Варианты использования: • А + (А или В или С) • В + (В или С) • Комбинированные методы /ГХ-МС/ рассматриваются как два раздельных метода НК
Газовая хроматография и газожидкостная хроматография ГЖХ на протяжении трех последних десятилетий является стандартной действующей процедурой в судебно-химических экспертных и научных лабораториях. q q Анализ осуществляется с помощью приборов хроматографов, основными частями которых являются хроматографическая колонка и детектор. Физическая сущность метода – см. Учебник, гл. 5 НК
Разделение ЗАВИСИТ ОТ : - полярности каждого компонента, - размера молекул каждого компонента. q Каждый компонент выходит из колонки на детектор. Наиболее часто используемым в лабораториях детектором является детектор пламенной ионизации (Fill). Реже встречающиеся детекторы - это азотно-фосфорный детектор и детектор захвата электронов и другие (см. учебник, гл. 5). q По мере того, как каждый компонент проходит через Fill, подается сигнал, результатом которого является "пик" на хроматограмме, полученной с помощью записывающего устройства. НК
Представляющие интерес "пики" оцениваются по времени удерживания RT и по площадям под "пиками" Данные о времени удерживания могут использоваться: 1. как подтверждение вероятной идентичности вещества, которое вызвало «пик» , 2. как скрининговая информация для определения возможного присутствия контролируемого вещества. НК
Эти данные сравниваются со временем удерживания известного стандартного вещества, введенного: 1. 2. 3. 4. в ту же колонку, в тот же прибор, при той же температуре, при тех же параметрах потока. RT известного и неизвестного вещества должны быть почти одинаковыми в очень узком окне. Площадь под "пиком" может использоваться для количественного определения относительной концентрации вещества. НК
ГХ - хроматограммы экстракта из мочи наркомана 1 – метамфетамин 2 – амфетамин 5 – эфедрон 7 – эфедрин 3, 4, 6, 8 – неидентифицированные пики 1 – метамфетамин 2 – амфетамин 3 – эфедрон 4 – эфедрин 5 - дифениламин НК
Высокоэффективная жидкостная хроматография ВЭЖХ (HPLC) • ВЭЖХ - хроматографический метод разделения с несколько большей избирательностью, чем ГХ /GC/. • Физическая сущность метода - см. Учебник, гл. 5 • В методе ВЭЖХ: подвижная фаза - жидкость носитель - покрытая жидкостью неподвижная колонка • Для прохождения через колонку растворителя, содержащего контролируемое вещество, применяется разряжение ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ • Разделение происходит в результате селективных взаимодействий между носителем и жидкой подвижной фазой при комнатной температуре/!!!!!/ НК
Преимущества HPLC: 1. непосредственный анализ широкого спектра смесей 2. разделение не зависит от полярности растворенного вещества 3. химические изменения в молекулах контролируемых веществ при комнатной температуре не происходят НК
Хроматограммы HPLC оцениваются на основе: • времени удерживания • площади под представляющим интерес "пиком". Время удерживания является не абсолютной величиной, а временем в пределах узко определенного окна. • Составляющие части жидкостного хроматографа включают: 1. резервуар для растворителя 2. "помпу" 3. систему впрыскивания образцов 4. колонку 5. детектор НК
• Записывающее устройство применяется для документирования полученных данных, является частью станции сбора и обработки информации. • Станция контролирует показания приборов и обеспечивает последовательность анализа. Наиболее часто применяемые детекторы (см. Учебник, гл. 5) NB Компоненты находятся в растворе при комнатной температуре: они не подвержены деградации или разрушению. Исследователь имеет возможность собирать элюент для дальнейшего анализа /в отличие от GC, где элюент разрушается Fill/. НК
ВЭЖХ НК
Анализ образцов кокаина проведен методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе "Милихром - 4". Условия хроматографического анализа: 1. колонка КАХ-4 размером 62 х2 мм 2. с обращеннофазовым сорбентом (НПО "Научприбор", г. Орел) 3. элюент - фосфатный буфер: ацетонитрил (80: 20); 4. скорость элюирования - 100 мкл/мин 5. пятиволновое детектирование при 210, 234, 254, 276, 302 нм 6. объем вводимой пробы- 10 мкл q Перед анализом проба растворяется в подвижной фазе до получения концентрации 0, 5 мг/мл НК
ВЭЖХ – хроматограммы мочи наркомана 1 неидентифицированный пик 2 -морфин 3 -кодеин 1, 4, 5 неидентифицированные пики НК
Капиллярный электрофорез (CE) q Капиллярный электрофорез - метод, при котором под воздействием электрического поля высокого напряжения компоненты разделяются на основе отношения заряда к массе. См. Учебник, гл. 5 q Главной движущей силой в CE служит осмотический поток, особенно при высоких значениях p. H, проистекающий главным образом из взаимодействия положительно заряженных ионов в растворе с группами силанола на капилляре. НК
Мицеллярная электрокинетическая капиллярная хроматография (MECC) представляет собой одну из форм CE, которая делает возможным разделение катионов, нейтральных растворенных веществ и анионов. Одним из преимуществ MECC является способность разделять рацемические смеси структур на d- и l-изомеры. Это важно, если один изомер является контролируемым (dextropropoxyphene), а другой изомер – неконтролируемым (levopropoxyphene). НК
CE имеет несколько преимуществ по сравнению с HPLC и GC: 1. Разделяемые вещества могут находиться в ионной и молекулярной форме, что представляет проблемы в GC 2. По сравнению с HPLC отмечаются более высокие эффективность, разрешающая способность и скорость 3. С точки зрения стоимости CE требует существенно меньше растворителя по сравнению с HPLC, а капиллярная колонка CE значительно менее дорогостоящая, чем капиллярные колонки HPLC или GC НК
Недостатки CE: 1. ограниченная чувствительность (в 30 -100 раз ниже, чем HPLC) 2. затруднен сбор частиц из-за механических проблем и малого размера образцов НК
Инфракрасная спектрометрия (IR) ЧИСТОЕ ВЕЩЕСТВО в виде тонкой пленки на солевой пластине KBr или в виде кристаллов, введенных в матрицу KBr, помещается в камеру для образцов инфракрасного спектрофотометра. Свет, особым образом исходящий от нити накала Нернста, пропускают через образец, при этом часть энергии поглощается образцом /ИК спектр от 4000 см -l до 250 см -l/. Разные функциональные группы и взаимодействия молекул, вызванные симметричными и асимметричными валентными колебаниями молекул, дают определенный ряд "пиков" и "впадин" на ИК спектре IR - ОДИН ИЗ НАИБОЛЕЕ СПЕЦИФИЧНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА НК
Получаемый в результате спектр состоит из 20 -70 "пиков". • Эти "пики" формируют модель, которая уникальна для химической структуры конкретного вещества. • Модель сравнивают с опорным ИК спектром, т. е. ИК спектром стандарта • Любые изменения в интенсивности «пика» и волновом числе должны оцениваться в связке с моделью. • Заметки на полях: Аналитик ищет совпадения!!! НК
IR метод - метод определения "отпечатков пальцев". Это подразумевает способность сопоставлять два спектра и получать во всех отношениях совершенное паросочетание. Такая степень совершенства редка, если вообще, возможна! У отдельных "пиков" ожидаемы: - изменения волнового числа /до 2 cм-l /, - небольшие колебания интенсивности. НК
НК
Пример: q Кокаин может существовать либо как соль гидрохлорида (HCI), либо как основание. q В соответствии с федеральным законом установлены правила определения наказания на базе идентификации кокаина либо в качестве основания, либо в форме соли. q Кокаин может смешиваться с бензокаином, прокаином, лидокаином или каким-либо другим из не учитываемых препаратов, а затем разбавляться маннитолом, лактозой или другими сахарами. НК
q Несколько мг вещества помещают в склянку, добавляют каплю аммиака и 1 мл диэтилового эфира или пентана. Полученный эфирный экстракт переносят в агатовую ступку на порошок бромида калия и выпаривают в сушильном шкафу при температуре 50 -600 С досуха. q Основание кокаина: 1728; 1700; 1280; 1275; 1106; 1040 710 см-1; q Гидрохлорид кокаина: 1730; 1712; 1276; 1230; 1106; 1075; 1025; 732 см-1 НК
IR имеет ограничения: 1. образец должен быть ОЧЕНЬ ЧИСТЫМ И СУХИМ /для судебной экспертизы это обычно означает, что образец должен пройти процесс экстракции для устранения примесей/ 2. размер образца / достижения в Фурье-анализе трансформируют технологию IR, возможно совмещение спектрофотометра IR с микроскопом, микрограммовые количества образца дают надежные спектры/ 3. проведение количественного анализа контролируемых веществ затруднено 4. дифференцирование некоторых изомеров контролируемых веществ может представлять проблему НК
Газовая хроматография-масс-спектроскопия (GC/MS) Метод ГХ-МС (газовая хроматография - массспектрометрия): - высокоспецифичный /надежный/, - высокочувствительный /чувствительность метода для морфина и каннабиноидов - 200 -120 пикограммов в образце/ - самый распространенный метод определения контролируемых веществ в судебно-химической практике Физическая сущность метода - см. Учебник, гл. 5 НК
Блок-схема основных частей хроматомасс-спектрометра НК
Режимы работы масс –спектрометра при сочетании с газовым хроматографом Масс спектрометр в сочетании с хроматографическим разделением предоставляет для исследуемого образца 3 -х мерный массив данных, представляющий собой хроматограмму и соответствующий каждой её точке масс-спектр. НК
Сканирование полного ионного тока (SCAN) • При этом получаются спектры компонентов смеси, которые можно интерпретировать, в том числе, с помощью БИБЛИОТЕК МАСС СПЕКТРОВ (детектируются все ионы в заданном интервале величин m/z в пределах от 10 до 650 абс. ед. массы Сканирование селективных ионов (SIM) • Прибор настраивается на детектирование только присутствующих в масс - спектре ионов анализируемого вещества, что резко (на 2 – 3 порядка) увеличивает чувствительность определения ( компьютерный мониторинг 10 групп ионов по 20 в каждой) • Применяется в количественном определении НК
q Газовый хроматограф совмещается с селективным детектором массы (MSD) q Образец растворяется в органическом растворителе, вводится в GC, проходит через колонку, где разделяются компоненты образца q Компоненты образца направляются в ионизационную камеру MSD, где они бомбардируются пучком электронов. q Электроны высокой энергии сталкиваются с молекулами определенного компонента q Компоненты ионизируются, превращаясь в частицы с положительным зарядом /катион –радикал, молекулярный ион М+/ q Происходит процесс фрагментации молекул q Фрагменты молекул проходят через магнитное поле и разделяются в соответствии с их массой. НК
Масс-спектр – это: v зависимость величины сигнала фрагмента от его массы v фундаментальная характеристика вещества Сигнал записывается в виде зависимости количества ионов /относительная интенсивность/ от величины m/z – отношение массы фрагмента к заряду НК
Получаемый в результате сложный, с большим числом масс-фрагментов, спектр каждого компонента индивидуален: формируется уникальная модель исследуемого вещества, отражающаяся в виде массспектра любой точки хроматограммы. Не существует двух различных соединений, которые имели бы одинаковый масс - спектр. Идентификация ТВ происходит с использованием компьютерного поиска на основе библиотек программного обеспечения, включающих более 50000 соединений НК
Пример Фрагментация кокина НК
Масс-спектр кокаина НК
Химическое строение фенилалкиламинов НК
МАСС-СПЕКТРЫ Масс-спектры и схема фрагментации эфедрина (слева) и метамфетамина (справа) НК
НК
НК
НК
БИБЛИОТЕКИ МАСС-СПЕКТРОВ PBM-формат WILEY 275 – 392 000 спектров NIST 02 - 175 000 спектров PMW_TOX 3 – более 6 350 спектров наркотиков, лекарственных препаратов, пестицидов, ядовитых веществ и их метаболитов PEST – 300 пестицидов NIST-формат (WILEYN и NIST) Библиотеки пользователей (PBM и AMDIS форматы) НК
Хроматограмма образца героина НК
Результаты поиска масс- спектров по библиотеке НК
НК
Водка «CANNABIS» НК
Нетрадиционные объекты исследования Потожировые выделения Волосы Ногти НК
ОБНАРУЖЕНИЕ КАННАБИНОИДОВ В ВОЛОСАХ мужчина, 45 лет, волосы 20 мг, стаж потребления 2 года НК
Наркотическое отравление Женщина, 21 г, 5 мл мочи НК
Острое отравление карбамазепином Мужчина, 36 лет, моча, 5 мл НК
НК
НК
Трудности GC/MS при определении контролируемых веществ: 1. Исследователь должен помнить о возможности наличия изомерных форм контролируемых веществ, которые имеют очень похожие химические структуры и похожие фрагментированные модели /но разные времена удерживания по данным GC/ 2. GC/MS не позволяет непосредственно опознать солевую форму наркотика Эта задача может быть решена опосредствованно. с учетом растворимости анализируемого наркотика. НК
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (NMR) q Спектроскопия ядерного магнитного резонанса является одним из самых мощных инструментальных методов, доступных судебному химику q NMR - спектрометр очень дорогой прибор, требующий высокой квалификации специалистов для интерпретации и сохранения получаемых данных НК
Ø Метод NMR позволяет исследователю определять парамагнитные атомы (примером могут служить l. H, 2 H, 13 C, 15 N, 170, 31 Р, 11 B и 19 F) Ø Большинство применений NMR фокусируется на 1 H и 13 C Ø Резонансная частота водорода (l. H) в современных магнитах сильного поля колеблется от 200 до 750 м. Гц Ø Протонный NMR дал уникальную спектральную модель, которая может быть использована для определения контролируемых веществ Прибор генерирует сильное магнитное поле, которое способно разрушить зашифрованные данные на обратной стороне кредитной карточки. НК
Количественный анализ Для количественного определения ТВ применяются различные методы. Выбор инструментального метода зависит от химических свойств исследуемого вещества. Капиллярная колонка GC или HPLC - это, возможно, две наиболее подходящие инструментальные методики для выполнения этой задачи. GC хорошо подходит для соединений, которые не являются высоко полярными, относительно стабильны при высоких температурах и растворимы в органических растворителях. НК
• Методом HPLC можно проводить количественное определение ТВ в растворе • Для количественного анализа /методом GC и HPLC/ чаще всего используется СПОСОБ ВНУТРЕННЕГО СТАНДАРТА • При использовании как способа внутреннего стандарта, так и способа внешнего стандарта, отклик детектора на растворы различных концентраций должен быть линейный • Методы ГХ-МС и ЯМР также могут применяться для количественного определения ТВ, но методики количественного определения методом ЯМР сложнее • При проведении ХТА должны использоваться надежные стандарты сравнения /эталоны контролируемых веществ/ НК
Заметки на полях: q После проведения экспертизы нужно составить отчетные документы, проверить даты. q Конечный отчет должен быть понятным, кратким и точным, все заключения должны подкрепляться аналитическими данными. q Обнаружение ошибок в отчете после того, как отчет передан суду, крайне нежелательно. НК
Всякий раз при подписании отчета химик подтверждает перед судебным рассмотрением свою добрую репутацию и правдивость. Атрибуты незаконного оборота наркотиков «Мы сами должны стать теми переменами, которые мы хотим видеть в мире» Махатма Ганди НК
2011 ГОД, ОГЛЯДЫВАЯСЬ НАЗАД. . . • • • До 1960 года результаты микрокристаллоскопических исследований являлись окончательными В 1960 -1970 годы завоевала признание УФспектрофотометрия (максимальное значение ультрафиолетового поглощения в кислых или щелочных растворах) ГЖХ: 35 лет назад абсолютное доверие вызывало время удерживания (на хроматограмме нередко эти значения измеряли линейкой) К 1980 году произошли значительные сдвиги в области ИК- и масс- спектрометрии. И специфичность (в том смысле, в каком мы понимаем этот термин сегодня) впервые стала во многих случаях реально достижима По мере развития различных технологий специфичность методов возрастала НК НК
90 -ые годы ХХ века • ИК-Фурье- спектрометрия • Сочетание математического алгоритма Фурьепреобразования с ЯМР-спектрометрией • Различные масс-анализаторы / квадруполь, To. F (времяпролетный) или резонанс Фурьепреобразователь — FT и др. / • ГХ-МС высокого разрешения • ВЭЖХ-МС-МС Начало ХХI века Ø ТЕХНОЛОГИИ МЕТБОЛОМИКИ И МЕТАБОНОМИКИ !!! Ø Комбинированные системы ВЭЖХ-ЯМР-МС, ВЭЖХ-ЯМР, ВЭЖХ-ИСП-МС, ГЖХ-ИСП-МС и др. См. УЧЕБНИК, гл. 5 НК
• Пытаясь обойти действующие законы об учетных препаратах, химики подпольных лабораторий создают аналоги, видоизменяя химическую структуру контролируемых веществ. * ЗАКОН О НАРКОТИКАХ повысил ответственность экспертов за точную дифференциацию между учетными препаратами и бесконечным перечнем возможных аналогов. Непосредственным результатом принятия новых законов стала разработка процедур проведения анализа методом инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (FTIR), Фурье-спектрометрии ядерного магнитного резонанса (FTNMR), газовой хроматографииинфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (GC/FTIR) и CE. НК
Будущее невозможно предсказать – его нужно создавать. Вопросы, а не ответы определяют будущее. На пути в будущее не надейтесь на помощь современных технологий. Однажды Пабло Пикассо сказал: « …компьютеры бесполезны. Все, что они могут нам дать, это ответы на наши вопросы» . Если вы способны задавать нужные вопросы, вопросы уникальные, способны задавать их быстрее, чем другие, успех вам гарантирован. НО…. через секунду вам придется подумать о новом вопросе, а затем о следующем……. . ПАБЛО ПИКАССО НК
Скачать презентацию Знание — новое поле брани для стран корпораций
2011_Лекция_6_ РХТУ.ppt