Kombinace použití stolního NMR spektrometru s GC-MS aparaturou pro forenzní aplikace

17. 1. 2017

Vypovídací schopnost a význam strukturně-analytických technik roste v řadě od UV/VIS přes FTIR, Ramanovy a hmotnostní spektrometry (MS) až po stěžejní spektrometry nukleární magnetické rezonance (NMR). S významností roste jak technická náročnost systému a prostředí pro každodenní použití, tak i dostupnost – zejména high-end NMR spektrometrů, které dnes můžeme partikulárně „nahradit“ stolními NMR spektrometry picoSpin 45 a 80 MHz v oblastech a prostředích jako jsou:

  1. studentské laboratoře středních a vysokých škol
  2. screening a on-line monitoring chemických reakcí ve výzkumu a vývoji
  3. vstupně/výstupní laboratoře průmyslových podniků
  4. forenzní a celní laboratoře

A na jeden takový forenzní příklad uplatnění NMR v kombinaci s MS se pojďme blíže podívat. V nelegální laboratoři byl zabaven vzorek čiré a těkavé kapaliny s charakteristickým zápachem organického původu. Tento vzorek byl analyzován pomocí GC-MS techniky na Thermo Scientific ISQ QD systému s jednoduchým kvadrupólem. EI spektrum hlavní složky vykazovalo významné fragmenty m/z 159, 129, 103, 73, and 57 s přítomným minoritním molekulárním iontem 202 a s podporou knihovny spekter NIST byly navrženy dvě možné izomerní struktury, viz obr. 1.

Obr. 1: EI spektrum hlavní složky neznámé látky

Obr. 1: EI spektrum hlavní složky neznámé látky, která byla identifikována jako jedna z možných izomerních struktur A (1,1-dibutoxybutan) nebo B (1,1-diisobutoxy-2-methylpropan).

Vzorek byl následně podroben analýze pomocí stolního NMR spektrometru Thermo Scientific picoSpin 80 MHz a s ohledem na skupenství neznámé látky ji nebylo nutno (vedle přídavku TMS) dále upravovat. 1 H-NMR spektrum (viz Obr. 2) vykazuje přítomnost multipletu charakteristického pro isopropylovou funkční skupinu (dva silné překrývající se pásy dubletů v oblasti kolem 0,95 ppm), které je doprovázeno komplexní sérií slabých multipletů kolem 1-2 ppm. Dva silné dublety v oblasti 3,34 ppm a 4,49 ppm indikují přítomnost sousední CH skupiny a heteroatomu (či jiné funkční skupiny odebírající elektrony).

Obr. 2: ¹H-NMR spektrum neznámé látky s označením TMS a nečistot (šedě)

Obr. 2: 1 H-NMR spektrum neznámé látky s označením TMS a nečistot (šedě).

Přes nižší pravděpodobnost „hitu“ struktury B (1,1-diisobutoxy-2-methylpropan) s využitím MS knihovny NIST bylo na základě NMR výsledků tato identifikace silně preferována. Pro ověření tohoto předpokladu bylo NMR spektrum srovnáno s nasimulovanými spektry pomocí SW Mnova se zcela jasným závěrem, že struktura neznámé látky odpovídá navržené struktuře B.

Obr. 3: Srovnání simulovaného ¹H-NMR spektra uvedené struktury (1,1-dibutoxybutan) se spektrem neznámé látky

Obr. 3: Srovnání simulovaného 1 H-NMR spektra uvedené struktury (1,1-dibutoxybutan) se spektrem neznámé látky.

Obr. 4: Srovnání simulovaného ¹H-NMR spektra uvedené struktury (1,1-diisobutoxy-2-methylpropan) se spektrem neznámé látky

Obr. 4: Srovnání simulovaného 1 H-NMR spektra uvedené struktury (1,1-diisobutoxy-2-methylpropan) se spektrem neznámé látky.

Obr. 5: Stolní NMR spektrometr picoSpin 80 MHz (vlevo) s GC-MS systémem ISQ QD (vpravo)

Obr. 5: Stolní NMR spektrometr picoSpin 80 MHz (vlevo) s GC-MS systémem ISQ QD (vpravo).

Kombinace obou technik (GC-MS a NMR, viz Obr. 5) umožňuje snadno identifikovat neznámou látku s vysokou pravděpodobností. Kompletní aplikační list je možné stáhnout zde , pro více informací nás neváhejte kontaktovat (Lukáš Plaček, placek@pragolab.cz )