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陈建虎, 徐文涛, 高元, 滕越. 磁性纳米材料固相萃取与GC/MS联用检测尿中安眠药残留[J]. 刑事技术,2014,39(4): 3-4
CHEN Jian-hu, XU Wen-tao, GAO Yuan, TENG Yue. Determination of hypnotics in urine by solid-phase extraction GC/MS[J]. Forensic Science and Technology,2014,39(4): 3-4  
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磁性纳米材料固相萃取与GC/MS联用检测尿中安眠药残留
陈建虎1, 徐文涛1, 高元2, 滕越2
1.新疆兵团公安局物证鉴定中心,830002
2.新疆乌鲁木齐市公安局刑科所,830063

作者简介:陈建虎(1974—),男,新疆乌鲁木齐市人,理学硕士,高级工程师,主要从事毒物、毒品的检验工作。Tel:0991-5988648; E-mail:chenjh3@21cn.com

基金: 新疆生产建设兵团工业科技计划项目(NO.2011BA031)
摘要

目的 建立基于磁性纳米材料固相萃取结合GC-MS测定尿液中安眠药物的分析方法。方法 磁性纳米材料固相萃取提取并富集尿液样品中常见安眠药物,采用选择离子扫描质谱定性并定量检测其含量,通过优化各种参数如纳米材料用量、萃取时间、洗脱溶剂种类、洗脱溶剂体积和样品pH值,对安眠药物进行定量分析。结果 安眠药物检出限为0.2μg/mL ~0.6μg/mL, 回收率为60.5%~89.5%。结论 该方法高效、简单,灵敏度高,可用于尿液中安眠药物同时定性定量检测。

关键词: 固相萃取; 磁性纳米材料; 气相色谱质谱联用; 尿液; 安眠药
中图分类号:DF795.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2014)04-0003-04
Determination of hypnotics in urine by solid-phase extraction GC/MS
CHEN Jian-hu, XU Wen-tao, GAO Yuan, TENG Yue
Abstract

Objective To establish a GC-MS method for analysis of hypnotics in urine.Methods Nine kinds of hypnotic in urine were extracted by magnetic nanoparticle solid-phase extraction and analyzed by GC-MS.Results The recoveries of hypnotics are from 60.5% to 89.5%. The detection limits of barbiturates are from 0.2 to 0.6μg/mL.Conclusion This method is simple and sensitive for simultaneous determination of hypnotics in urine.

Keyword: solid-phase extraction; magnetic nanoparticles; GC/MS; urine; hypnotics

随着人们生活节奏的加快及各种生活压力的增加, 导致社会上各类安眠药物也逐渐被越来越多的使用; 同时涉及利用安眠药物进行刑事犯罪的恶性案件也不断增多。在实际案件检验过程中, 由于涉及安眠药品种较多, 性质之间的差异也较大, 在对此类案件的样品进行检验, 就必须根据不同种类的安眠药调节检材的pH值, 然后进行样品的前处理并检验, 操作过程繁杂且消耗检材的量也较大。

为了高灵敏检测和定量分析安眠药残留, 需要对样品进行预处理。对于处理生物样品如尿液, 目前经常采用的方法有液液萃取法、固相萃取法、固相微萃取法等。而目前对这些药物的分析检测方法主要有分光光度法[1], 红外光谱法[2], 气相色谱法[3]、高效液相色谱法[4]、薄层色谱[5]等。气相色谱质谱联用法是目前刑事毒物分析中应用范围最广的仪器设备, 它不但具有气相色谱所应有的高分离性能, 还具有质谱准确鉴定化合物的优点, 同时还具有较高的灵敏度, 在刑事毒物分析安眠药物的检测方面显示出极大优越性[6, 7, 8, 9]。

本文采用合成的磁性纳米材料作为磁性吸附剂用于富集尿样中残留安眠药。文中选择了9种安眠药用于考察该磁性纳米材料的萃取性能, 并结合气相色谱-质谱联用进行定性和定量分析, 报道如下。

1 实验部分
1.1 材料与试剂

聚乙烯吡咯烷酮(PVP, 分子量为58kg/mol)、六水氯化铁(FeCl3· 6H2O)、四水氯化亚铁(FeCl2· 4H2O)、正硅酸乙酯、氨水(25 wt%)、十八烷三甲氧基硅烷(纯度 95%), 色谱纯甲醇和正己烷; 其他试剂包括盐酸、氢氧化钠、丙酮、乙醚、乙酸乙酯和甲苯均为分析纯。

安眠药标准品巴比妥、异戊巴比妥、速可眠、苯巴比妥、安定、舒乐安定、利眠宁、氯丙嗪、异丙嗪由公安部物证鉴定中心提供; 三氯甲烷、甲醇(重蒸)、无水硫酸钠、0.1M盐酸均为分析纯。

100μ g/mL标准储备液: 取标准品巴比妥、异戊巴比妥、速可眠、苯巴比妥、安定、舒乐安定、利眠宁、氯丙嗪、异丙嗪各100mg加入100mL容量瓶中, 用无水乙醇定容至刻度线, 准确吸取10mL混合溶液移至100mL容量瓶中, 用无水乙醇定容。

1.2 气相色谱-质谱分析条件

岛津2010plus/QP2010气相色谱-质谱仪; HP-5 气相色谱柱30m× 0.25mm× 0.25μ m; 纯度99.999% 氦气, 流速1.0ml/min; 自动进样器进样, 样品量为1.0μ L; 气相色谱柱升温程序:150℃(1min), 20℃/min升温到280℃(10min); 进样口温度为280℃; 接口(传输线)温度为280℃; 电子轰击电离源; 溶剂延迟3.0min; 选择离子监测模式, 以保留时间和目标化合物的特征离子为定性依据(见表1)。

1.3 制备Fe3O4· SiO2-C18纳米材料

称取5.2g FeCl3· 6H2O和4.0g FeCl2· 4H2O, 溶解于25mL水中, 加入850μ L浓盐酸, 搅拌均匀, 通N2保护, 逐滴加入1.5mol/L NaOH溶液250mL, 升温至80℃, 搅拌2h。随后加入7.0g/LPVP-K30水溶液112mL, 搅拌12h, 磁分离得到Fe3O4纳米粒子, 60℃干燥过夜备用。取所得的Fe3O4纳米粒子超声分散在160mL乙醇和40mL水混合溶液中, 加入2.0mL浓氨水(25wt%)和100μ L TEOS, 室温搅拌6h, 磁分离得到Fe3O4· SiO2纳米粒子, 60℃干燥24h备用。取800mgFe3O4· SiO2, 超声分散在40mL甲苯, 加入1.6mLC18硅烷化试剂, 升温至120℃, 回流17h。磁分离得到最终产品, 用丙酮和乙醇进行充分清洗, 40℃干燥过夜备用。

1.4 Fe3O4· SiO2-C18纳米材料用于富集尿样中安眠药残留

在200 mL容量瓶中加入50mL空白尿样, 往其中加入9种浓度均为1μ g/mL标准安眠药工作液1mL, 随后加入8mg经丙酮和甲醇活化的Fe3O4· SiO2-C18纳米材料, 超声20s, 室温震荡30min, 用90mm× 40mm× 5mm的Fe-B磁铁进行固-液分离, 弃去上清液, 用2× 5mL水清洗, 加入2× 2mL正己烷-二氯甲烷(V∶ V=7∶ 3)溶剂进行洗脱, 洗脱液经氮气吹干, 溶于1mL无水乙醇。取1.0μ L进行GC-MS分析。

2 结果与讨论
2.1 吸附条件优化

文中制备了C18修饰的磁性纳米材料, 材料表面为一层疏水性基团, 可利用疏水相互作用力, 将尿样中非极性和中等极性化合物分离出来。为了考察Fe3O4· SiO2-C18富集各类安眠药化合物的性能, 以9种安眠药为标样, 考察该材料的富集效果。影响材料富集效果的参数主要有:磁性纳米材料用量; 萃取时间; 洗脱溶剂、洗脱体积和水样的pH值。设计的4因素4水平的正交实验见表2, 正交实验9种安眠药的回收率见图1。

表1 气相色谱-质谱仪分析9种安眠药
表2 正交实验的影响因素和水平

图1 磁性纳米材料用量值(A)、萃取时间(B)、洗脱溶剂(C)、洗脱体积(D)对安眠药物回收率的影响

根据正交试验的结果(见图1)综合考虑, 确定了实验的最佳条件, 即采用8mg磁性纳米材料, 萃取30min, 选用2.0mL正己烷/二氯甲烷(V∶ V=7∶ 3)进行解吸效果最好。利用极差分析法对正交实验结果进行分析, 得出磁性纳米材料的用量对实验结果的影响最大, 其次是萃取时间的影响, 而洗脱溶剂种类和洗脱体积对实验各种安眠药物回收率的影响则相对较小。

由于本实验所选取的3类安眠药根据自身性质分别为酸性、中性、碱性安眠药, 因此选择适当的pH值对提高目标药物的萃取效率、降低检材中的背景及杂质干扰有着十分重要的影响。实验中, 分别将溶液的pH值调为2、4、6、8、10, 用于测定不同pH溶液体系下的提取回收率, 结果见图2。

图2 样品的pH值对各类安眠药物回收率的影响

由图2中可见, 缓冲溶液pH对不同种类和性质安眠药物的回收率有显著影响。在酸性pH值(2.0~7.0)时, 酸性的巴比妥类安眠药的回收率随pH值的升高而逐步下降, 当溶液达到碱性条件时安眠药的回收率明显下降; 中性、弱碱性苯二氮杂卓类安眠药的回收率在pH值为8时最好; 碱性吩噻嗪类安眠药的回收率与酸性巴比妥类安眠药结果正好相反, 这主要是安眠药的解离程度受溶液pH值影响的结果, 当溶质以离子状态存在时, 其在C18固定相上的保留减弱, 导致磁性材料富集能力下降; 而当解离被抑制, 溶质以分子状态存在时, 其反相保留较强, 富集效率增加。结合试验中分析速度和准确度的相关要求, 在实际案件检验中, 针对未知种类的安眠药检验时, 可以将前处理体系的pH值定为6, 虽然对于碱性吩噻嗪类安眠药来说, 此条件下回收率较低, 但考虑到同时能够提取3类安眠药来说, 仍先选择pH值为6的条件。

2.2 GC-MS分析方法的建立

取安眠药标准储备溶液分别配置成浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0μ g/mL的标准工作液, 以制备的Fe3O4· SiO2-C18为磁性固相萃取固定相与气相色谱-质谱联用建立分析方法。在最优的实验条件下(50 mL尿样中加入8 mg Fe3O4· SiO2-C18, 萃取30 min, 用2× 2mL正己烷-二氯甲烷(V∶ V=7∶ 3)), 分别对这6种浓度的标准溶液进行选择扫描离子质谱分析, 9种安眠药的线性方程及其相关系数见表3。由表3可见, 在设定的浓度范围内, 9种安眠药的响应与其浓度呈良好的线性关系, 相关系数较高, RSD为1.39%~6.38%, 方法检出限为0.20μ g/mL~0.60μ g/mL。

表3 9种安眠药GC/MS检验标准曲线和检出限

图3 (A)空白尿样的总离子流图(GC-MS图), (B)空白尿样添加标准品的总离子流图(GC-MS图), (C)空白尿样添加标准品的选择离子监测图(GC-MS-SIM图)

将建立的分析方法用于检测尿样中的安眠药残留, 如图3所示为50 mL空白尿样样品和加入浓度为1 μ g/mL安眠药标准品1mL。其中色谱图A为空白尿样的总离子流图(GC-MS图), B为空白尿样添加标准品的总离子流图(GC-MS图), C空白尿样添加标准品的选择离子流图(GC-MS-SIM图)。从色谱图B中可以看出, 由于安眠药的浓度较低, 尿样中各安眠药的组分色谱峰均被淹没在样品杂峰中, 而采用选择离子扫描(GC-MS-SIM)的方式, 其选择离子流图(色谱图C), 不仅检出了各种安眠药物, 而且还排除了样品杂质带来的干扰, 极大地提高了仪器的检出灵敏度。

将经C18表面改性的磁性纳米颗粒Fe3O4· SiO2作为基质固相分散萃取吸附剂, 用于尿样中安眠药组分的萃取, 并结合GC/MS/SIM进行检测。通过正交试验确定样品前处理条件, 在pH值为6的体系中, 添加水平在0.5μ g/mL~20μ g/mL范围内时, 回收率在60.5%~89.5%之间, 相对标准偏差为1.4%~6.4%。采用C18修饰的磁性纳米材料与安眠药间的疏水相互作用进行样品前处理, 该材料表现出较好的吸附效率和吸附容量, 完全满足实际案件检验的要求。

The authors have declared that no competing interests exist.

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