Skip to main content
SpringerLink
Log in

Modern screening strategies in analytical toxicology with special regard to new benzodiazepines

  • Übersichtsreferate
  • Published:
Zeitschrift für Rechtsmedizin Aims and scope Submit manuscript

Summary

Screening procedures for the detection of toxicologically relevant substances have become of ever-increasing importance due to the rapid development of new substances. Identification methods must be simple, sensitive, and practicable. This article describes standardized chromatographical (corrected R cf values, retention indices) and immunological methods (enzyme-multiplied immunoassay technique, fluorescent polarization immunoassay) with special regard to the screening of some newer benzodiazepines, a class of substances that is still expanding. Some of these new compounds may be integrated in well-known screening procedures (via aminobenzophenones and detection by the Bratton-Marshall reagent); others require special concepts for detection. The problems are indicated and discussed, including the use of high-pressure-liquid chromatography and mass spectrometry; recommendations are given.

Zusammenfassung

Die ständig zunehmende Zahl toxikologisch relevanter Fremdstoffe erfordert leicht praktikable aber dennoch empfindliche und aussagekräftige Screeningverfahren, um im Rahmen der General-Unknown-Analyse möglichst rash gezielte Hinweise auf eine bestimmte Substanz oder eine ganze Wirkstoffgruppe zu erhalten.

Die Senatskommission für Klinisch-toxikologische Analytik der Deutschen Forschungsgemeinschaft hat in Zusammenarbeit mit der TIAFT (The International Association of Forensic Toxicologists) bereits vor längerer Zeit die Aufgabe übernommen, solche Screeningkonzepte zu überprüfen, weiter zu entwickeln und verläßliches Datenmaterial zur Verfügung zu stellen.

In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Konzepte des korrigierten R cf -Wertes in der Dünnschichtchromatographie, des Retentionsindex in der Gaschromatographie sowie wichtiger immunologischer Verfahren zum Screening beschrieben, um die prinzipielle Arbeitsweise der verschiedenen Methoden zu veranschaulichen. Neben diesen methodischen werden jedoch auch stoffliche Aspekte berücksichtigt: Für Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Benzodiazepine, einer immer noch rasch expandierenden Stoffklasse, wurde umfangreiches Datenmaterial erarbeitet und zusammengestellt. Einige dieser Benzodiazepine lassen sich in bestehende Screeningprogramme (z.B. über Benzophenone und Bratton-Marshall-Detektion) integrieren, andere können nur über die R cf -Werte erfaßt werden. Schwierigkeiten und Vorschläge für ihre Beseitigung werden auch im Zusammenhang mit den immunologischen Verfahren aufgezeigt bzw. diskutiert. Weiterhin werden einige Aspekte der Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) und der Massenspektrometrie (MS) im Zusammenhang mit Screeningfragen angesprochen. Der Beitrag schließt mit Empfehlungen zum Einsatz der einzelnen Methoden unter besonderer Berücksichtigung des Benzodiazepin-Screenings.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. Ardrey RE, Brown C, Allan AR, Bal Ts, Moffat AC (1983) An eight peak index of mass spectra of compounds of forensic interest. The Forensic Science Society, Scottish Academic Press, Edinburgh London

    Google Scholar 

  2. Ardrey R, Moffat A (1981) Gas-liquid chromatography retention indices of 1318 substances of toxicological interest on SE-30 or OV-1 stationary phase. J Chromatogr 220:195–222

    Google Scholar 

  3. Bäumler J (1985) Der analytische Nachweis von akuten Vergiftungen. MTA J 7:360–364

    Google Scholar 

  4. Bäumler J (1988) Neuer Enzym-Immuno-Test auf Drogen (in press)

  5. Baker J, Ma C (1979) Retention index for liquid-liquid chromatography. J Chromatogr 169:107–115

    Google Scholar 

  6. Baker J, Skelton R (1980) Estimation of HPLC retention indices of narcotic analgesics and related drugs. J Chromatogr Sci 18:153–158

    Google Scholar 

  7. Berninger H, Möller MR (1977) Retentionsindices zur gaschromatographischen Identifizierung von Arzneimitteln. Arch Toxicol 37:295–305

    Google Scholar 

  8. Bogusz M, Bialka J, Zeeuw RA de, Franke JP (1985) Erratic data in thin-layer chromatography due to anomalous behaviour of correction standards. J Anal Toxicol 9:139–140

    Google Scholar 

  9. Bogusz M, Franke JP, Zeeuw RA de (1984) Potentials of capillary gaschromatography in toxicology today. Z Rechtsmed 93:237–250

    Google Scholar 

  10. Bogusz M, Gierz J Zeeuw RA de, Franke JP (1985) Influence of the biological matrix on retention behaviour in thin-layer chromatography: evidence of systematic differences between pure and extracted drugs. J Chromatogr 342:241–244

    Google Scholar 

  11. Bogusz M, Klys M, Wisjbeek J. Franke JP, Zeeuw RA de (1984) Impact of biological matrix and isolation methods on detectability and interlaboratory variations of TLC RF values in systematic toxicological analysis. J Anal Toxicol 8:149–154

    Google Scholar 

  12. Bogusz M, Wijsbeek J, Franke JP, Zeeuw RA de, Gierz J (1985) Impact of biological matrix, drug concentration and variability of retention index values in gaschromatography. J Anal Toxicol 9:49–53

    Google Scholar 

  13. Borchert A, Schneider WR, Schütz H (1987) Der korrigierte R cf -Wert in der forensischen Toxikologie — Untersuchungen und Erfahrungen. Beitr Gericht Med 45:193–201

    Google Scholar 

  14. Bratton Ac, Marshall EK (1939) A new coupling component for sulfanilamid determination. J Biol Chem 128:537–550

    Google Scholar 

  15. Daldrup T, Susanto F, Michalke P (1981) Combination of TLC, GLC and HPLC (RP 18) for a rapid detection of drugs and related compounds. Z Anal Chem 308:413–427

    Google Scholar 

  16. DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft — Senatskommission für Klinisch-toxikologische Analytik) (1982) Empfehlungen für die Klinisch-toxikologische Analytik mit Hilfe von immunochemischen Testen. J Clin Chem Clin Biochem 20:695–696

    Google Scholar 

  17. DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) (1986) Dünnschichtchromatographische Suchanalyse für 1,4-Benzodiazepine in Harn, Blut und Mageninhalt. Mitteilung VI der Senatskommission der DFG für Klinisch-toxikologische Analytik. VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim

    Google Scholar 

  18. DFG/TIAFT (1985) Gas-chromatographic retention indices of toxicologically relevant substances on SE-30 or OV-1. Report II of the DFG Commission for Clinical-Toxicological Analysis — special issue of the TIAFT Bulletin. VCH-Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim

    Google Scholar 

  19. DFG/TIAFT (1987) Thin-layer chromatographic Rf-values of toxicologically relevant substances on standardized systems. Report VII of the DFG Commission for Clinical-Toxicological Analysis — special issue of the TIAFT Bulletin. VCH-Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim

    Google Scholar 

  20. Franke JP, Kruyt W, Zeeuw RA de (1983) Influence of developing distance on resolution in thin-layer chromatography. J High Resol Chromatogr Chromatogr Commun 6:82–88

    Google Scholar 

  21. Franke JP, Zeeuw RA de, Schepers P (1985) Retrieval of analytical data und substance identification in systematic toxicological analysis by the mean list length approach. J Forens Sci 30:1074–1081

    Google Scholar 

  22. Funk W, Patzsch K, Schütz H: HPTLC-Bestimmung von Opiaten. GIT Labor-Medizin (in press)

  23. Galanos DS, Kapoulas VM (1964) The paper chromatographic identification of compounds using two reference compounds. J Chromatogr 13:128–138

    Google Scholar 

  24. Gill R, Law B, Brown C, Moffat A (1985) A computer search system for the identification of drugs using a combination of thin-layer chromatographic, gas liquid chromatographic and ultraviolet spectroscopic data. Analyst 110:1059–1065

    Google Scholar 

  25. Gruhl H (1987) Zum Screening der Benzo- und Thienodiazepine im Urin mit dem EMIT ST und der DC im Rahmen eines Suchtestes auf Medikamentenmißbrauch. Z Rechtsmed 98:221–228

    Google Scholar 

  26. Harzer K, Barchet R (1977) Analyse von Benzodiazepinen und deren Hydrolysenprodukten, den Benzophenonen, durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie in umgekehrter Phase und ihre Anwendung auf biologisches Material. J Chromatogr 132:83–90

    Google Scholar 

  27. Kabra P, Stafford B, Marton L (1981) Rapid method for screening toxic drugs in serum with liquid chromatography. J Anal Toxicol 5:177–182

    Google Scholar 

  28. Käferstein H, Sticht G (1984) TLC und HPLC in the field of forensic and clinical toxicology. Z Anal Chem 318:255–256

    Google Scholar 

  29. Kovats E (1958) Gaschromatographische Charakterisierung organischer Verbindungen. Teil 1: Retentionsindices aliphatischer Halogenide, Alkohole, Aldehyde und Ketone. Helv Chim Acta 41:1915–1932

    Google Scholar 

  30. Maurer H, Pfleger K (1981) Determination of 1,4-benzodiazepines and 1,5-benzodiazepines in urine using a computerized gas chromatographic — mass spectrometric technique. J Chromatogr 222:409–419

    Google Scholar 

  31. Maurer H, Pfleger K (1987) Identification and differentiation of benzodiazepines and their metabolites in urine by computerized gas chromatography — mass spectrometry. J Chrom-Bio 422:85–101

    Google Scholar 

  32. Mills T, Price WN, Price PT, Roberson JC (1982) Instrumental data for drug analysis, Vol 1. Elsevier, New York Amsterdam Oxford

    Google Scholar 

  33. Mills T, Price WN, Roberson JC (1984) Instrumental data for drug analysis Vol 2. Elsevier, New York Amsterdam Oxford

    Google Scholar 

  34. Moffat AC (1975) The standardisation of thin-layer chromatographic systems for the identification of basic drugs. J Chromatogr 110:341–347

    Google Scholar 

  35. Moffat AC (1975) Use of SE-30 stationary phase for the gas-liquid chromatography of drugs. J Chromatogr 113:69–95

    Google Scholar 

  36. Moffat AC (1986) Thin-layer chromatography. In: Moffat AC (ed) Clarke's isolation and identification of drugs. Pharmaceutical Society, London, pp 160–177

    Google Scholar 

  37. Moffat AC, Smalldon KW (1974) Optimum use of paper, thin-layer and gas-liquid chromatography for the identification of basic drugs. 2. Paper and thin-layer chromatography. J Chromatogr 90:9–17

    Google Scholar 

  38. Moffat AC, Smalldon KW, Brown C (1974) Optimum use of paper, thin-layer and gas-liquid chromatography for the identification of basic drugs. 1. Determination of effectiveness for a series of chromatographic systems. J Chromatogr 90:1–7

    Google Scholar 

  39. Müller RK, Mückel W, Wallenborn H, Weihermüller A, Weihermüller C, Lauermann I (1976) Objektive Kriterien zur Auswahl optimaler chromatographischer Systeme. 1. Mitteilung: Optimierung von DC-Fließmitteln auf Grund der Rf-Verteilung größerer Stoffgruppen. Beitr Gericht Med 34:265–269

    Google Scholar 

  40. Musumarra G, Scarlata G, Cirma G, Romano G, Palazzo S, Clementi S, Giulietti G (1984) Application of principal components analysis to the evaluation and selection of eluent systems for the thin-layer chromatography of basic and neutral drugs. J Chromatogr 295:31–47

    Google Scholar 

  41. Musumarra G, Scarlata G, Romano G, Clementi S (1983) Identification of drugs by principal components analysis of Rf data obtained by TLC in different eluent systems. J Anal Toxicol 7:286–292

    Google Scholar 

  42. Oellerich M (1979) Anwendung der EMIT-Technik beim Drogenscreening. In: Vogt W (ed) Praktische Anwendung des Enzymimmunoassays in klinischer Chemie und Serologie. Thieme, Stuttgart, pp 66–75

    Google Scholar 

  43. Peel HW, Perrigo BJ (1976) The practical gas chromatographic procedures for toxicological analysis. Can Soc Forens Sci J 9:69–74

    Google Scholar 

  44. Perrigo B, Peel H (1981) The use of retention indices and temperature-programmed gas chromatography in analytical toxicology. J Chromatogr Sci 19:219–226

    Google Scholar 

  45. Pfleger K, Maurer H, Weber A (1985) Mass spectral and GC data of drugs, poisons and their metabolites. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim

    Google Scholar 

  46. Post D (1983) Schnelle gas-chromatographische Arzneimittelerkennung. Hüthig, Heidelberg

    Google Scholar 

  47. Ramsay J, Lee T, Osselton M, Moffat A (1980) Gas-liquid chromatographic retention indices of 296 non-drug substances on SE-30 or OV-1 likely to be encountered in toxicological analyses. J Chromatogr 184:185–206

    Google Scholar 

  48. Schepers P, Franke JP, Zeeuw RA de (1983) System evaluation and substance identification in systematic toxicological analysis by the mean list length approach. J Anal Toxicol 7:272–278

    Google Scholar 

  49. Schneider WR, Schütz H (1987) Screening and detection of the new 1,4-benzodiazepine derivative metaclazepam. Mikrochim Acta 1986:187–195

    Google Scholar 

  50. Schneider WR, Schütz H, Zeller M (1986) Corrected data of 16 hydrolysis-derivatives of commonly used benzodiazepines in 10 systems. J Forens Md 2:56–60

    Google Scholar 

  51. Schütz H (1982) Screening von Benzodiazepinen. Ärztl Lab 28:117–132

    Google Scholar 

  52. Schütz H (1982) Benzodiazepines — a handbok (vol. 1). Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo

    Google Scholar 

  53. Schütz H (1985) Analytische Daten des neuen Benzodiazepinderivates Midazolam (Dormicum) und seiner Metaboliten. Z Rechtsmed 94:197–205

    Google Scholar 

  54. Schütz H (1986) Dünnschicht-chromatographische Suchanalyse für 1,4-Benzodiazepine in Harn, Blut und Mageninhalt. Mitt. VI der Senatskommission der DFG für Klinisch-toxikologische Analytik. VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim

    Google Scholar 

  55. Schütz H (1988) Benzodiazepines — a handbook (vol II). Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo (in press)

    Google Scholar 

  56. Schütz H, Borchert A, Holland EM, Schneider WR, Schölermann K (1988) Screening tetrazyklischer Benzodiazepine und ihrer Metaboliten mittels DC unter Verwendung des korrigierten Rf-Wertes. Beitr Gericht Med (in press)

  57. Schütz H, Borchert A, Koch EM, Schneider WR, Schölermann K (1987) Dünnschichtchromatographischer Nachweis von Benzodiazepinen unter Berücksichtigung neuerer tetrazyklischer Substanzen. J Clin Chem Clin Biochem 25:628–629

    Google Scholar 

  58. Schütz H, Ebel S, Fitz H (1985) Screening und Nachweis von Tetrazepam und seinen Hauptmetaboliten. Arzneimittelforschung (Drug Res) 35:1015–1024

    Google Scholar 

  59. Schütz H, Fitz H (1981) Analytik und Biotransformation von Triazolam (Halcion), einem neuen Benzodiazepin mit forensisch relevanten Nebenwirkungen. Beitr Gericht Med XXXIX:339–346

    Google Scholar 

  60. Schütz H, Fitz H (1985) Screening und Nachweis von Clotiazepam (Trecalmo®) Festschrift Horst Leithoff. Kriminalistik Verlag, Heidelberg, pp 427–436

    Google Scholar 

  61. Schütz H, Fitz H (1985) Screening des neuen Anxiolyticums Halazepam. Z Anal Chem 321:359–362

    Google Scholar 

  62. Schütz H, Fitz H, Suphachearabhan S (1983) Zur Spezifität des Benzodiazepin-Screening über primäre aromatische Amine. Z Anal Chem 314:44–56

    Google Scholar 

  63. Schütz H, Holland EM, Kazemian-Erdmann F, Schölermann K Screening des neuen Benzodiazepinderivates Pinazepam und seinen Hauptmetaboliten. Arzneimittelforschung (in press)

  64. Schütz H, Karger E (1988) Neue Arzneimittel: Loprazolam (Sonin®) — Analytische Daten. Toxichem Krimtech (in press)

  65. Schütz H, Schneider WR (1985) Corrected data of 61 benzodiazepines and metabolites in two systems. J Forens Med 1:22–29

    Google Scholar 

  66. Schütz H, Schneider WR (1986) Analytische Daten von Brotizolam (Lendormin) und seinen Hauptmetaboliten. In: Medizin und Recht. Springer, Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo, pp 584–595

    Google Scholar 

  67. Schütz H, Schneider WR (1986) Analytische Daten des neuen Benzodiazepinderivates Alprazolam (Tafil, Xanax) und seiner Metaboliten. Beitr Gericht Med XLIV:487:496

    Google Scholar 

  68. Schütz H, Schneider WR (1987) Screening tetrazyklischer Benzodiazepine mittels EMIT®-st (Benzodiazepines) und TDx®. Z Rechtsmed 99:181–189

    Google Scholar 

  69. Schütz H, Schneider WR, Schölermann K (1988) Verbessertes enzymimmunologisches Screeningverfahren für Benzodiazepine im Harn nach EXTRELUT®-Anreicherung. Ärztl Lab 34:130–136

    Google Scholar 

  70. Schütz H, Suphachearabhan S (1983) Infrarot-Spektroskopie von Benzodiazepinen und ihren Derivaten nach dünnschichtchromatographischer Trennung. Mikrochimica Acta (Wien) 1983 II:109–123

    Google Scholar 

  71. Schütz H, Wollrab A (1988) Die Bedeutung des Retentionsindex für die toxikologische Analytik. Pharmaz Zeit (in press)

  72. Smith R (1984) Standardisation in reversed phase HPLC. Trends Anal Chem 3:178–181

    Google Scholar 

  73. Smith R, Hurdley T, Gill R, Moffat A (1984) Application of retention indices using the alkylarylketone scale to separation of the barbiturates by HPLC. I. The effect of the eluent. Chromatographia 19:401–406

    Google Scholar 

  74. Smith R, Hurdley T, Gill R, Moffat A (1984) The application of retention indices using the alkylarylketone scale to the separation of the barbiturates by HPLC. II. The effect of the stationary phase. Chromatographia 19:407–410

    Google Scholar 

  75. Stahl E (1967) Dünnschichtchromatographie. Springer, Berlin Heidelberg New York

    Google Scholar 

  76. Stead AH, Gill R, Wright T, Gibbs JP, Moffat AC (1982) Standardized thin-layer chromatographic systems for the identification of drugs and poisons. Analyst 170:1106–1168

    Google Scholar 

  77. Suzuki O, Hattori H, Asano M, Takahashi T, Brandenberger H (1987) Positive and negative ion mass spectrometry of benzophenones, the acid-hydrolysis products of benzodiazepines. Z Rechtsmed 98:1–10

    Google Scholar 

  78. Walters RL (1987) An open letter to the laboratory community. J Anal Toxicol

  79. Wollrab A, Schütz H (1988) Der Retentions-Index in der Gaschromatographie. Pharm Zeit (in press)

  80. Zeeuw RA de, Bogusz M, Franke JP, Wijsbeek J (1984) Drug screening by capillary column gas chromatography. Biomedical Publ, Forster City, California, pp 41–58

    Google Scholar 

  81. Zeeuw RA de, Schepers P, Greving JE, Franke JP (1978) A new approach to the optimization of chromatographic systems and the use of a generally accessible date bank in systematic toxicological analysis. In: Klein M, Kruegel AV, Sobol SP (eds) Instrumental applications in forensic drug chemistry. US Government Printing Office, Washington DC, pp 167–179

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institut für Rechtsmedizin der Justus-Liebig-Universität Giessen, Frankfurter Str. 58, D-6300, Giessen, Germany

    H. Schütz

Authors
  1. H. Schütz
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Additional information

In memoriam Johann Bösche

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Schütz, H. Modern screening strategies in analytical toxicology with special regard to new benzodiazepines. Z Rechtsmed 100, 19–37 (1988). https://doi.org/10.1007/BF00200362

Download citation

  • Received:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF00200362

Key words

Schlüsselwörter

Search

Navigation