Open Access Artikel
Deze Open Access Artikel is gelicentieerd onder een
Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Unported Licentie
Mats de Jong ac, Nick Sleegers a, Jayoung Kim b, Filip Van Durme c, Nele Samyn c, Joseph Wang b en Karolien De Wael *a
aAXES Research Group, Chemistry Department, Groenenborgerlaan 171, 2020 Antwerpen, België. E-mail: karolien.Dewael@uantwerpen.,be
bDepartment of Nanoengineering, University California San Diego, CA 92093, USA
cNational Institute for Criminalistics and Criminology (NICC), Vilvoordsesteenweg 100, 1120 Brussel, België
Voor het eerst gepubliceerd op 6 januari 2016
we report on a wearable fingertip sensor for on-the-spot identification of cocaine and its cutting agents in street samples. Traditioneel wordt ter plaatse screening uitgevoerd door middel van kleurtests die moeilijk te interpreteren zijn en niet selectief zijn., Door de verschillende voltammetrische respons van cocaïne, snijmiddelen, binaire mengsels van cocaïne en straatmonsters in oplossing-en poederstraten te presenteren, konden we de elektrochemische vingerafdruk van al deze verbindingen ophelderen. Het nieuwe elektrochemische concept is veelbelovend als screeningsmethode op locatie.
introductie
cocaïne is wereldwijd een van de meest voorkomende drugs die in verschillende landen worden gebruikt, voornamelijk via luchthavens en havens, zowel voor lokaal gebruik als voor distributie.,1 dit alkaloïde medicijn is zeer verslavend en schadelijk voor de gezondheid van mensen.2,3 naast de gewenste effecten voor gebruikers zoals een intens euforisch gevoel, worden ongewenste secundaire effecten zoals een verhoogde bloeddruk, hartslag en ademhaling ervaren.4,5 na langdurig gebruik wordt de verslaafde tolerant voor de gewenste effecten en zal hij een staat van lethargie, ernstige depressie en extreme vermoeidheid ervaren wanneer hij geen cocaïne meer gebruikt.4
douanediensten op luchthavens en havens zijn er zeer op gebrand om passerende vracht, bagage en mensen te controleren op de aanwezigheid van cocaïne., Screening ter plaatse door middel van kleurtests op basis van kobaltthiocyanaat wordt gewoonlijk uitgevoerd. Deze tests zijn echter moeilijk te interpreteren en niet altijd betrouwbaar vanwege een slechte selectiviteit.6,7 meestal worden de kleurentests gevolgd door een bevestigingsanalyse met behulp van GC-MS (kwalitatief), GC-FID (kwantitatief) en HPLC voor een ondubbelzinnige identificatie van cocaïne en zijn snijmiddelen. Deze bevestiging maakt gebruik van een scala aan moeizame en ingewikkelde technieken en/of omvangrijke en dure instrumenten die moeten worden vermeden voor routine screenings.,8 een alternatieve screening kan worden uitgevoerd door FT-IR en Raman spectroscopie, met behulp van dure instrumenten die spectra leveren die moeilijk te interpreteren zijn zonder gespecialiseerde expertise.9 om deze beperkingen te overwinnen, is de huidige studie gericht op een snelle, goedkope, gemakkelijke en selectieve screeningtest voor on-site detectie van cocaïne.in de wetenschap dat cocaïne een redox-actief molecuul is 10,stelt een elektrochemische screeningbenadering door het opnemen van voltammogrammen de douane in staat om snel Onbekende poeders in vracht en bagage ter plaatse te screenen, wat een hoge doorvoer en lage detectiekosten mogelijk maakt., Sterker nog, de meeste snijmiddelen kunnen samen met cocaïne worden waargenomen vanwege hun redoxactiviteit.11-18 deze snijmiddelen worden door de dealers toegevoegd aan cocaïne, voornamelijk om de winst te maximaliseren. Typische substanties zijn phenacetin, cafeïne, levamisol, lidocaïne, paracetamol, procaine, benzocaine, diltiazem, hydroxyzine, boorzuur en benzoëzuur, en verscheidene suikers zoals D-sorbitol, myo-inositol, maltose en Zetmeel., Deze verbindingen hebben allemaal een witte kleur zoals cocaïne en sommige van hen, bijvoorbeeld lidocaïne, paracetamol en fenacetine, hebben pijnstillende en verdovende effecten de gebruikers zullen betrekking hebben op cocaïne.17,18 Voltammogrammen bevatten veel meer informatie voor de identificatie van straatmonsters die zowel cocaïne als snijmiddelen bevatten in vergelijking met de standaardkleurtests die uitsluitend gebaseerd zijn op de aanwezigheid van cocaïne. Hier beschrijven we het nut van elektrochemische technieken om gelijktijdig cocaïne en zijn snijmiddelen te meten in een enkele voltammetrische run via square-wave voltammetrie (SWV)., Om de volledige en duidelijke elektrochemische vingerafdruk van straatmonsters te verkrijgen, zijn alle snijmiddelen en cocaïne afzonderlijk elektrochemisch gescreend in oplossing en in een binair mengsel. Ten tweede werden poedermonsters geanalyseerd met behulp van de elektrochemische aanpak, waardoor een snelle en eenvoudige detectie ter plaatse mogelijk was, zonder een uitgebreide monstervoorbereidingsprocedure. Het sensorapparaat dat in een handschoen/vingertop wordt geïntegreerd, maakt een dergelijke on-site detectie mogelijk.19 het meetprotocol is weergegeven in Fig. 1., Deel (A) vertegenwoordigt de vinger die de drie elektrode oppervlak zeefdruk op een flexibele vinger cot (linksonder inzetstuk), evenals gel geïmmobiliseerd op een soortgelijk substraat (rechtsonder inzetstuk). Deel B) en C) illustreren respectievelijk de “swipe” – bemonsteringsmethode om het doelpoeder rechtstreeks op de elektrode te verzamelen en de voltooiing van de elektrochemische cel door de wijsvinger met elektroden aan de duim te verbinden die met de vaste hydrogelelektrolyt is bedekt., De elektrochemische vingerafdruk wordt in minder dan een minuut geregistreerd met behulp van een snelle voltammetrische benadering met vierkante golf, die informatie geeft over zowel de aanwezigheid van cocaïne als de snijmiddelen ervan.
We verwachten dat deze nieuwe elektrochemische vingerafdruk op een draagbaar handschoenplatform de screening ter plaatse van cocaïnemonsters aanzienlijk zal verbeteren. De mogelijkheid om deze handtekening snel te genereren met een enkele scanmethode met behulp van compacte, goedkope en eenvoudig te gebruiken elektrochemische apparaten zou zeer nuttig moeten zijn voor detectie ter plaatse, uitgevoerd door douanediensten. Voor het eerst wordt de aanwezigheid van snijmiddelen in straatmonsters in een test ter plaatse toegelicht.,
resultaten en discussie
Voltammetrie van zuivere verbindingen in oplossing
een eerste en cruciale stap is het screenen en beoordelen van het redoxgedrag van cocaïne en zijn snijmiddelen in oplossing om de elektrochemische vingerafdruk van deze verbindingen te ontrafelen. Vierkant-Golf voltammogrammen van 1 mM cocaïne of snijmiddel in een 0,1 M KCl + 0,020 m KH2PO4 oplossing op een kale carbon screen-geprinte elektrode zijn weergegeven in Fig. 2, gecorrigeerd voor de achtergrondstroom met behulp van het voortschrijdend gemiddelde Principe, geïntegreerd in de NOVA 1.11 software., De 1 mM cocaïneoplossing vertoont een zwak oxidatieproces bij 1,04 V, wat kan bijdragen tot de oxidatie van de tertiaire aminegroep die aanwezig is in de zeshoekstructuur van cocaïne, zoals blijkt uit Schema 1.10 de meeste cocaïnemonsters worden met verschillende stoffen gesneden; identificatie van deze snijmiddelen kan uit toxicologisch oogpunt van belang zijn. De parameters van de gebruikte vierkante-golf voltammetrie procedure werden geoptimaliseerd voorafgaand aan de analyse en worden beschreven in het experimentele deel.
snijmiddelen benzoëzuur en boorzuur vertonen geen redoxactiviteit over het bestudeerde potentiële bereik, wat overeenkomt met de literatuur, waarbij voor deze verbindingen alleen activiteit wordt waargenomen bij potentiële waarden lager dan -1 V.14,15 de suikers d-sorbitol, maltose, zetmeel en myo-inositol vertonen ook geen redoxactiviteit in het bestudeerde potentiële bereik. Fig. 2 illustreert dat het cocaïnesignaal op 1 staat.,04 V is vrij geïsoleerd van de andere karakteristieke signalen van de snijmiddelen. Het meest positieve proces is de piek van levamisole bij 1.27 V en het meest negatieve is de piek van lidocaine bij 0.90 V en zijn analogen procaine en benzocaine, 0.87 V en 0.84 V, respectievelijk. Al deze oxidatieprocessen komen voor bij tertiaire (levamisol en lidocaïne) en primaire (benzocaïne en procaïne) amine functionele groepen.,11,12,17,20 afgezien van deze piekpotentiaal geven het aantal karakteristieke pieken en het beginpotentiaal nuttige informatie over het bepalen van hun vingerafdruk. Phenacetin, bijvoorbeeld, toont drie definitieve redoxprocessen, zodat zelfs als er een overlapping met de primaire oxidatiepiek is, kan de huidige scherpe agent nog door zijn secundaire of tertiaire signaal worden geà dentificeerd. Het primaire signaal bij 0,77 V vloeit voort uit de irreversibele oxidatie van fenacetine tot n-acetyl-p-benzoquinonimine (NAPQI). De kleinere secundaire pieken op 0,06 en 0.,35 V zijn het resultaat van de oxidatie van respectievelijk 4-aminofenol en NAPQI.21 deze twee secundaire pieken zijn ook aanwezig voor paracetamol en worden veroorzaakt door dezelfde verbindingen.Hydroxyzine en diltiazem vertonen beide een oxidatiepiek bij 0,87 V, veroorzaakt door de oxidatie van respectievelijk een vrije OH –groep en een tertiaire amine.16,22 cafeïne heeft het hoogste oxidatiepotentieel bij 1,31 V, als gevolg van de oxidatie van de verbinding tot een 4,5-diol-analoog.,13
deze uitgebreide screening en rijke informatie-inhoud leidt tot een duidelijke elektrochemische vingerafdruk van cocaïne en zijn snijmiddelen die als krachtige referentie kunnen dienen wanneer de aanwezigheid van cocaïne in een onbekend monster moet worden bevestigd of uitgesloten.
de toegepaste conditioneringsstap bij 1,5 V (zoals beschreven in het experimentele gedeelte) werd uitgevoerd om maximale informatie uit onze stoffen te extraheren. Bijvoorbeeld, zou phenacetin slechts één enkele piek bij 0.77 v in plaats van drie pieken tonen als geen conditionerende stap werd uitgevoerd., Als gevolg van de conditioneringsstap vinden redoxprocessen met betrekking tot NAPQI en 4-aminofenol plaats, waardoor de vingerafdruk van de monsters wordt verrijkt.
de detectielimiet (Lod) voor pure cocaïne op het niet-gemodificeerde screen-printed elektrode (SPE) oppervlak in oplossing werd bepaald op 2 µM. Dit komt overeen met een hoeveelheid van 34 ng op het elektrodeoppervlak. De LOD werd bepaald op basis van de standaardafwijking van het intercept en de gemiddelde helling van de lineaire kalibratiekrommen die werden verkregen.
deze LOD is aanzienlijk lager in vergelijking met de kleurenscreeningstests (13.,8 µM) en de geaccrediteerde GC-MS-techniek van het Nationaal Instituut voor criminalistiek en Criminologie (NICC) van België (18,4 µM).
Voltammetrie van binaire mengsels in oplossing
een belangrijke tweede stap is de beoordeling van het redoxgedrag van cocaïne en de snijmiddelen in mengsels om mogelijke maskeerverschijnselen (overlappende piekverschijnselen) op te helderen.
vierkante voltammogrammen van 1 mm cocaïne en 0,5 mM snijmiddel in een 0,1 M KCl + 0,020 m KH2PO4-oplossing (pH 7) bij een kale, met koolstof gezeefdrukte elektrode zijn weergegeven in Fig. 3.,
Er zijn geen significante piekverschuivingen zichtbaar voor het cocaïnesignaal en de pieken van het snijmiddel treden op bij hun karakteristieke potentiële waarden., Dit piekpotentieel van het cocaïneoxidatieproces wordt slechts licht verschoven in aanwezigheid van benzocaïne, levamisol, cafeïne, fenacetine, lidocaïne, diltiazem en hydroxyzine met een waarde van respectievelijk +18 mV, -12 MV, -32 MV, +13 MV, -17 MV, -7 MV en -32 MV. Zoals blijkt uit Fig. 2, de verschillen tussen het oxidatiepotentieel van cocaïne en het redoxpotentieel van de snijmiddelen zijn veel groter in vergelijking met de kleine verschuivingen waargenomen bij de analyse van mengsels. Benzocaine vertoont echter complexer gedrag in mengsel met cocaïne., Hoewel het mengsel zowel de karakteristieke pieken van cocaïne als benzocaïne vertoont, toont het voltammogram een extra reeks pieken in het bereik van 0,25-0,45 V. Deze processen worden niet waargenomen wanneer de afzonderlijke componenten afzonderlijk worden gemeten en zijn daarom het resultaat van een bepaalde interactie tussen cocaïne en benzocaïne, die op dit moment onbekend is. De reeks pieken is echter goed geïsoleerd van het cocaïnesignaal zelf en geeft daarom aanvullende informatie over de aanwezigheid van cocaïne en benzocaïne in een mengsel., Kleine secundaire pieken zijn ook zichtbaar bij lagere potentialen voor lidocaïne, diltiazem en hydroxyzine, wanneer in mengsel met cocaïne, en zijn dus nuttig voor de beoordeling van de redoxprocessen in de mengsels.
Fig. 3 toont een gedeeltelijke overlap van het cocaïne oxidatiesignaal met het lidocaïne oxidatiesignaal. Deze kleine overlapping leidt niet tot een probleem voor de opsporing van cocaïne. De gebruikte concentratie van lidocaïne in deze sectie, ten opzichte van cocaïne, is veel hoger dan de gemiddelde inhoud van lidocaïne gevonden in in beslag genomen cocaïne straatmonsters. In 2014 en 2015, 13.,5% van de in beslag genomen cocaïnemonsters, geanalyseerd door NICC met behulp van geaccrediteerde GC-MS-en GC-FID-technieken, bevatte lidocaïne met een gemiddelde concentratie van 5 gew.%.
Het is ook duidelijk uit Fig. 3 dat de signaalintensiteit voor cocaïne significant daalt wanneer in mengsel met levamisol. Dit geldt ook voor het levamisolsignaal. Op dit punt is het onduidelijk wat de oorzaak is van deze afname van de intensiteit van deze componenten. Het belangrijkste is dat cocaïne nog steeds gemakkelijk kan worden gedetecteerd., Omdat we een screeningtechniek ontwikkelen zonder kwantificering, vormt de verminderde intensiteit geen probleem voor de toepassing. Het in de experimenten gebruikte levamisolgehalte was opnieuw hoger dan het gemiddelde levamisolgehalte in in beslag genomen straatmonsters van cocaïne. In 2014 en 2015 bevatte 57% van de in beslag genomen cocaïnemonsters, geanalyseerd door het NICC met behulp van geaccrediteerde GC-MS-en GC-FID-technieken, levamisol met een gemiddelde concentratie van 12 gew.%.,
Voltammetrie van straatmonsters in oplossing
om het potentieel van de vingerafdrukbenadering voor de detectie van cocaïne in straatmonsters te testen, werden vierkante voltammogrammen van verschillende in beslag genomen straatmonsters geregistreerd in bufferoplossing (0,1 M KCl + 0,020 m KH2PO4 bij pH 7) en gecorrigeerd voor de achtergrondstroom zoals eerder gedaan. Alle oplossingen werden zo gemaakt dat ze allemaal 1 mM cocaïne bevatten en de bijbehorende voltammograms zijn weergegeven in Fig. 4., Vóór de analyse werd de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van de straatmonsters bepaald door het Nationaal Instituut voor criminalistiek en Criminologie (NICC) met behulp van geaccrediteerde GC-MS-en GC-FID-methoden.
Fig. 4 toont aan dat de cocaïnepiek duidelijk waarneembaar is in straatmonsters die fenacetine, cafeïne, levamisol, boorzuur, hydroxyzine en lidocaïne bevatten, zelfs wanneer de cocaïnehoeveelheid slechts 30% gew. % is, zoals het geval is in het derde monster. Wetende dat het NICC in België ontdekte dat 95% van alle in beslag genomen cocaïnemonsters in 2014 meer dan 35 gew.% cocaïne bevatte, is deze methode veelbelovend om verder te verkennen voor snelle screening ter plaatse. Nog meer, gebaseerd op de waarnemingen in Fig., 2 en 3, de aanwezigheid van de snijmiddelen kan worden aangetoond.
twee van de karakteristieke fenacetinepieken zijn duidelijk en scherp in het eerste monster bij hun karakteristieke potentialen van 0,77 en 0,35 V, terwijl het signaal voor levamisol ook duidelijk zichtbaar is bij zijn karakteristieke potentialen van 1,27 V in het tweede monster. Het tweede monster toont duidelijk de redoxprocessen van cocaïne en levamisol op hun vingerafdruk potentieel, dat wil zeggen 1,04 en 1,27 V, respectievelijk. Het percentage cocaïne is ca. 30% in het derde monster echter duidelijk zichtbaar in het vierkant-Golf voltammogram., In het vierde Monster zien we een piek bij ongeveer 0,80 V, wat kenmerkend is voor hydroxyzine. Ook is een zeer kleine golf zichtbaar bij 0,10 V die kenmerkend is voor hydroxyzine of diltiazem. Een kleine piek is ook zichtbaar bij ongeveer 1,30 V, wat wijst op de aanwezigheid van cafeïne. We waren niet in staat om het signaal voor lidocaïne in dit specifieke straatmonster te detecteren, maar dit kan worden verklaard door de zeer lage concentratie van de verbinding in het monster (<1%).,
Voltammetrie van straatmonsters in poedervorm
voor eenvoudig gebruik ter plaatse is het aangewezen de monsters rechtstreeks in poedervorm te detecteren in plaats van in oplossing, om monstervoorbereiding te voorkomen. Om dit te doen, gebruiken we de on-site veegmethode, zoals in detail wordt uitgelegd in het experimentele gedeelte. Een geleidende gelatinehydrogel werd gebruikt als elektrolyt voor de elektrochemische metingen.
Square-wave voltammogrammen van verschillende in beslag genomen straatmonsters werden geregistreerd en weergegeven in Fig., 5, evenals een blanco om de reactie van de gelatine gel zelf en een monster alleen met pure cocaïne te behouden. Een conditioneringsstap werd uitgevoerd bij 0 V in plaats van de eerder gekozen 1,5 V in oplossing, om de gevoeligheid voor cocaïne te optimaliseren.
Het is duidelijk dat de gel zelf een intens elektrochemisch signaal veroorzaakt rond 1,30 V en een kleine piek bij 0,57 V. 1,30 V is daarom niet van toepassing op een bepaald snijmiddel. Het is echter duidelijk dat deze methode ongelooflijk goed werkt voor een snelle opsporing van cocaïne ter plaatse. De cocaïne piek is zeer intens wanneer zuivere cocaïne wordt gemeten, zoals blijkt uit het tweede voltammogram in Fig. 5., De cocaïne piek is ook goed detecteerbaar voor het straatmonster met 23% levamisol en voor het monster met slechts 30% cocaïne en een onbekende hoeveelheid boorzuur. Een kleine verschuiving in het piekpotentieel is zichtbaar voor poeders gevangen in de gelatinematrix in vergelijking met de oplossingen. De cocaïne piek ligt nu op een potentieel van 0,97 V in plaats van 1,04 V.,
deze informatie-rijke en enkele run vierkante-golf voltammetrie methode, met behulp van elektroden geïmmobiliseerd op de vingertop van een handschoen, houdt een aanzienlijke belofte voor de snelle on-site screening van verdachte lading en personen op de aanwezigheid van cocaïne en zijn snijmiddelen.
Reproduceerbaarheid
de reproduceerbaarheid van de verkregen signalen in oplossing en poeders werd bestudeerd door vijf metingen, telkens met een andere SPE, uit te voeren op verschillende van de eerder bestudeerde monsters, die alle 1 mM cocaïne bevatten., In solution verkregen we resultaten met betrekking tot het piekpotentieel van cocaïne voor pure cocaïne en drie straatmonsters. Een zuivere cocaïneoplossing vertoonde de karakteristieke piek op 1,04 ± 0,02 V, terwijl voor een eerste straatmonster met 73% cocaïne en 17% fenacetine, een tweede straatmonster met 76% cocaïne, 3% cafeïne, 10% hydroxyzine en minder dan 1% lidocaïne en een derde straatmonster met 30% cocaïne en een onbekende hoeveelheid boorzuur een piekpotentiaal van respectievelijk 1,06 ± 0,01 V, 1,03 ± 0,01 V en 1,03 ± 0,01 V vertoonden.,
de resultaten laten een maximale piek potentiële standaardafwijking van ±20 mV zien, waarschijnlijk veroorzaakt door kleine verschillen in de interne referentieelektroden tussen verschillende SPE ‘ s. De potentiële verschuivingen zijn echter klein en veroorzaken geen problemen bij de identificatie van cocaïne, ook omdat deze kleine verschuivingen ook voor de snijmiddelen voorkomen.
in poedervorm werd hetzelfde experiment uitgevoerd voor zuivere cocaïne, waarbij de geleidende gel als elektrolyt werd gebruikt en de verkregen piek potentiële waarde was 0,97 ± 0,01 V, waaruit de robuustheid en reproduceerbaarheid van de aanpak bleek., Deze stabiliteit werd verzekerd door de rubberen ring, geïmmobiliseerd op de duim van het vingertopapparaat zoals beschreven in het experimentele gedeelte. Deze ring houdt de geleidende gel op zijn plaats en garandeert een constante toegepaste kracht op het elektrodeoppervlak terwijl beide vingers tijdens de experimenten worden samengevoegd, wat leidt tot stabiele basislijnen. De kleine potentiaalvariatie toont ook aan dat het vegen van het elektrodeoppervlak over de poeders niet leidt tot een andere elektrochemische reactie veroorzaakt door beschadigde elektrodeoppervlakken. Dit is een van de redenen waarom grafietelektroden werden gebruikt.,
experimentele
reagentia en materialen
de cocaïne·HCl standaard werd gekocht bij Lipomed (Arlesheim, Zwitserland). De normen van phenacetin, diltiazem, lidocaine, procaine, hydroxyzine, benzocaine, paracetamol en myo-inositol werden gekocht van Sigma-Aldrich (Diegem, België). Normen van benzoëzuur en levamisol werden gekocht bij Acros Organics (Geel, België). Normen voor cafeïne, boorzuur, glucose, maltose en Zetmeel werden aangekocht bij VWR Chemicals (Leuven, België) en een norm voor D-sorbitol werd aangekocht bij Merck Chemicals KGaA (Overijse, België)., Authentieke cocaïne straatmonsters werden verkregen van het Nationaal Instituut voor criminalistiek en Criminologie (Brussel, België). Gelatine gel B werd geleverd door PB gelatins (Verenigd Koninkrijk). Carbon ItalSens is-C Zeefdrukelektroden (Spe) werden gekocht bij PalmSens (Utrecht) en werden gebruikt bij alle elektrochemische metingen. Het oppervlak van de elektrode is 7,07 mm2. Alle laboratorium-gebaseerde elektrochemische metingen werden uitgevoerd met behulp van een Metrohm µAutolab III Potentiostaat en NOVA 1.11 software.
synthese van de geleidende gel
een mengsel van 2.,5 wt % gelatine gel B in een buffer van 100 mM KCl en 20 mM KH2PO4 werd in een Eppendorf-buis gedurende 15 minuten verhit tot 50 °C, gevolgd door extra menging totdat de oplossing homogeen werd. De oplossing werd vervolgens overgebracht naar een spuit waarin de hydrogel werd gevormd en gedurende de volgende 16 uur bij kamertemperatuur werd gerijpt voordat deze in de experimenten werd gebruikt.
bepaling van monsters in oplossing
de voor de experimenten gebruikte bufferoplossing werd geoptimaliseerd om maximale piekscheiding en gevoeligheid te verkrijgen. De 0,1 M KCl + 0.,020 m KH2PO4-buffer liet de identificatie van cocaïne toe zonder de signalen van de snijmiddelen te overlappen, zoals in Fig. 2. Oplossingen van 1 mM cocaïne en alle snijmiddelen werden bereid in 0,1 M KCl + 0,02 m KH2PO4-buffer (pH 7) en bewaard bij 4 °c vóór analyse. Elke oplossing werd afzonderlijk geanalyseerd door een druppel van 50 µL op de SPE te plaatsen en er werd voltammetrie met vierkante golven uitgevoerd om voor elke stof kenmerkende redoxprocessen te detecteren. Dit werd ook uitgevoerd voor binaire mengsels van cocaïne en een snijmiddel, evenals voor authentieke straatmonsters.,
on-site swiping method
verdachte poeders werden direct geanalyseerd met behulp van een gelatinegel als vaste elektrolyt. De SPE werd geplaatst in een kleine spe connector (met draden aangesloten op de potentiostaat) die werd bevestigd aan een metalen ring. Deze ring wordt gedragen door de uitvoerder van het experiment op de wijsvinger van een Nitril Handschoen. De SPE werd zachtjes over het verdachte poeder gehaald op een manier waardoor een deel van het poeder kon worden overgebracht op de werkelektrode van de SPE., 100 µL van de geleidende gel werd met een spuit toegevoegd aan een klein reservoir op de duim, omgeven door een kleine rubberen ring. De rubberen ring houdt de gel op zijn plaats en werd geïmmobiliseerd op de duim met cyanoacrylaat lijm.
beide vingers werden met elkaar verbonden, wat leidde tot de voltooiing van de elektrochemische cel waar na de elektrochemische meting kon worden begonnen. Elke elektrode en portie gel werd slechts één keer gebruikt.
square-wave voltammetrie
Square-wave voltammetrie (SWV) werd uitgevoerd om de elektrochemische vingerafdruk van cocaïne (straat) monsters te karakteriseren., Een conditioneringspotentiaal van 1,5 V werd toegepast gedurende 5 s, gevolgd door een tweede conditioneringsstap van 5 s bij 0 V voordat een scan van -0,1 V tot een uiteindelijke potentiaal van 1,5 V vs.Ag/AgCl werd uitgevoerd. Alle scans werden uitgevoerd met een frequentie van 10 Hz, met een amplitude van 25 mV en een stappotentiaal van 5 mV. Voor de experimenten met poeders in plaats van oplossing werd een enkele conditioneringsstap van 5 s bij 0 V uitgevoerd.
voortschrijdend gemiddelde iteratieve achtergrondcorrectie
in de SWV-procedure in NOVA 1 is een basislijncorrectiemethode ontwikkeld.,11 software om automatisch te corrigeren voor de stijgende achtergrondstroom om de voltammogrammen gemakkelijker te interpreteren. Kortom, de methode vergelijkt de waarde van een gegevenspunt Ai met de waarden van de vorige en volgende gegevenspunten Ai−1 en Ai+1. Als de waarde van het gegevenspunt Ai hoger is dan het gemiddelde van de waarden van de punten Ai−1 en Ai+1 (zoals het geval is voor een oxidatiepiek), zal het gemiddelde van de waarden van Ai−1 en Ai+1 de waarde van Ai vervangen om de gecorrigeerde basislijn te construeren., In alle andere gevallen waarin Ai lager of gelijk is aan het gemiddelde van Ai−1 en Ai+1, zal Ai de waarde zijn die wordt gebruikt voor de gecorrigeerde baseline. Dit proces werd uitgevoerd voor elke twee datapunten in het voltammogram en herhaald totdat de waarde van Ai nooit meer Het gemiddelde van de waarden van Ai−1 en Ai+1 overschrijdt, met een maximum van 1000 iteraties. De gecorrigeerde basislijn is nu samengesteld en de achtergrondstroom zal nul zijn. Positieve stromen zijn alleen zichtbaar bij pieken van oxidatieprocessen.,
conclusies
we hebben de toepasbaarheid aangetoond van een elektrochemische vingerafdrukbenadering om cocaïne en zijn snijmiddelen in straatmonsters te identificeren. Directe analyse met minimale monstervoorbereiding is mogelijk dankzij de integratie van de geprinte elektrode in een handschoen en door het gebruik van een geleidende, flexibele gelatinehydrogel als elektrolyt., Deze nieuwe aanpak maakt snelle detectie op locatie mogelijk op bezienswaardigheden zoals luchthavens en havens, door simpelweg het elektrodesysteem over het verdachte poeder te vegen, beide vingers samen te voegen en de vierkante-golf voltammetrische meting te starten. De bepaling van de afzonderlijke elektrochemische vingerafdruk van zowel cocaïne als de snijmiddelen in oplossing levert alle nodige analytische informatie op om cocaïne en de snijmiddelen ter plaatse te detecteren in onbekende verdachte monsters., Het nieuwe concept is dus veelbelovend als draagbare, op locatie toepasbare screeningsmethode die gericht is op de snelle identificatie van cocaïne/drugs (straatmonsters). Om dit te bereiken moet een overstap worden gemaakt van een grote potentiostaat (zoals µAutolab III) naar een geminiaturiseerd, draagbaar potentiostaatapparaat. Met de snelle ontwikkeling van draadloze systemen en communicatie zou de overdracht van de resultaten naar een smartphone of tablet van wezenlijk nut zijn voor on-site drugonderzoek.
Dankbetuigingen
de auteurs erkennen BELSPO voor de financiering van het aptadru-project (BR/314/PI/APTADRU).,