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实时直接分析-质谱法快速检测饮料和尿液中的γ-羟基丁酸

更新时间:2016-07-05

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γ-羟基丁酸(γ-Hydroxybutyric acid,GHB)是一种常见的滥用药物,被用作镇静剂和麻醉剂,过度使用会造成暂时性失忆,甚至导致死亡。我国和美国都将其列为管制药物。GHB具有强烈的镇静及健忘效应,易溶于大多数液体基质中,且无色无味,因此常作迷药用于药物辅助性犯罪[1]。对于服用GHB者,尿液中GHB浓度明显高于内生浓度水平(低于10 μg/mL),因此尿液是检测GHB极具参考价值的生物样本,有必要建立快速灵敏的检测饮料和尿液中GHB的方法。

目前,GHB的检测方法有显色法、红外光谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱联用法、离子色谱法及核磁共振法等。Alston等[2]用化学显色法作为初步筛选药物的方法,但该方法检出限高,且易受干扰; Witkowski等[3]采用傅里叶变换红外法(FTIR)用于GHB的快速筛查,但定量分析存在不足; 色谱-质谱联用是使用最广泛的方法之一,Lenz等[4]在酸性条件下将γ-羟基丁酸(GHB)转变为γ-丁内酯(GBL),浓缩后采用顶空进样方式的气相色谱-质谱联用法(GC-MS)分析; 孟品佳等[5]用五氟卞基溴烷基化衍生后,对衍生物进行了质谱解析,然而提取和衍生化的过程复杂且耗时; Busardo等[6]采用HPLC-MS/MS法检测血浆、尿液、脑脊髓液和头发中的GHB,尽管避免了GC-MS中将GHB进行内酯化或者衍生化的样品前处理问题,但仍然需要耗时的色谱分离,且使用的串联质谱价格昂贵,不利于推广。Liu等[7]采用二维离子色谱法测定了人尿样品中GHB含量,通过离子排斥色谱柱消除尿液基质干扰,再利用柱切换技术,采用离子交换色谱柱测定GHB,由于需要对仪器进行改装,且使用实验室自制离子交换色谱柱,不利于推广。Palomino-Schätzlein等[8]利用核磁共振对尿液和血清中的GHB进行定性和定量检测,在NMR分析中,体液中大分子重叠共振,严重干扰了GHB的检测。Saar-Reismaa等[9]利用毛细管电泳法测定人唾液样本中的GHB,但毛细管电泳中电渗流的不稳定性经常引起迁移时间的变化。

少数民族连片特困乡村属于在全国范围内社会发展最为滞后的区域,财政收入与我国西部平均水平相对比,仅占其50%左右,可见促使少数民族连片特困乡村的经济水平得到提高具有重要的意义。但是该区域普遍存在的生态系统脆弱的情况,不利于该区域进行可持续发展,导致经济发展与环境保护之间出现了十分尖锐的矛盾。

实时直接分析离子源(DART)是一种新型的敞开式非表面接触型解析/离子化分析技术,可分析各形态样品,无需繁杂的前处理和冗长的色谱分离过程,分析速度为秒级,可实现对目标物的实时定性与定量分析[10]。Bennett等[11]将DART与飞行时间质谱仪(TOF)联用,检测饮料中GHB; Chen等[12]将DART与四极杆-轨道离子阱质谱(Q-Orbitrap)联用,用于检测包括GHB在内的多种街头药物。但上述工作均未进行GHB的准确定量分析,且未涉及尿液样本的检测; 同时,飞行时间质谱和四极杆-离子阱质谱比单四极杆质谱价格昂贵,测试成本高,不利于普及使用。

正是由于社会力量的壮大,政府的职能简化但更注重精细化,在有限权责的范围下,政府的职责定位更加细致,现在已有足够的能力解决相应的社会问题,但针对社会问题的治理秩序却还未形成,依旧具有滞后性和懈怠性。政府在不断扩大社会服务量的同时,更要注重社会服务的保障体系和监管机制。治理机制的形成是社会发展的产物,政府的话语权与公信力似乎受到了大众的质疑,政府在治理中存在的不足也正是我们今后在改革过程中所需突破的方向,而在多中心协同治理模式中政府需要发挥更多的监管作用,通过监督和激励机制设置与企业保持良性互动的关系,并约束企业的不良私利行为。

本研究采用实时直接分析-单四极杆质谱法,建立了快速检测饮料及尿液中的GHB的方法。本方法无需复杂的样品前处理过程,分析速度快,且单重四极杆质谱成本相对较低,体积小,更易于推广,饮料及尿液样本的同时测定更利于刑事案件的侦查。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

实时直接分析离子源DART SVP(美国Ion Sense公司); ACQUITY QDa质谱检测器(美国Waters公司); 3K15离心机(德国Sigma公司)、UPR-II-5T超纯水仪(四川优普超纯科技有限公司)、VX-200涡旋搅拌器(美国Labnet公司)、AR223CN电子天平(美国Ohaus公司)、KH7200DB型超声仪(昆山禾创超声仪器有限公司)。

水样的基质较为简单,用甲醇-水(1∶1, V/V)稀释1倍后直接进行分析。碳酸饮料和啤酒的基质成分较复杂,在制作标准曲线时应考虑基质效应。基质效应的评价公式为:基质效应=(1-基质空白溶液的加标信号强度/空白溶剂的加标信号强度) ×100%[14]。经计算碳酸饮料和啤酒的基质效应>15%,故以空白碳酸饮料和啤酒为溶剂配制一系列不同浓度的GHB标准溶液。由于碳酸饮料中含有较多的糖类,样品黏度大,而啤酒中的成分较为复杂,基质浓度过高时,样品液膜太厚,可能无法实现目标分析物的瞬间气化,直接进样后得到的选择离子流图出现了裂峰现象。本实验采用甲醇-水(1∶1, V/V)稀释碳酸饮料和啤酒样品,考察稀释倍数(10、20、50和100倍)对峰形及信号响应的影响。结果表明,稀释100倍后直接进样可以消除选择离子流图的裂峰现象。

于是,爸爸卖了小木屋,也卖了母牛和小牛。他把山核桃树枝弯成弓形绑在马车上部,做成篷车的骨架,妈妈帮他把白色帆布蒙在骨架上。

2.2 溶液配制

负离子模式采集数据,离子化气体为高纯氦气,氦气的流速为3 L/min,气体离子化温度为350℃; 采用12 Dip-it Samplers 模式进样,用玻璃棒蘸取适量溶液置于自动进样架上,待溶液挥干后进样,进样速率为0.5 mm/s,栅极电压为-200 V, 离子源出口距质谱进口约2.4 cm。在负离子模式下,选择离子扫描模式(SIR)采集数据,锥孔电压为8 V,母离子m/z 103.3。

模拟样品的配制: 在空白样品中添加适量的标准溶液,制得不同浓度的阳性样品。配制的模拟水样中GHB浓度约为20、40和80 μg/mL,以甲醇稀释1倍后进样; 碳酸饮料和啤酒中GHB浓度约为1000、2000和4000 μg/mL,以甲醇-水(1∶1, V/V)稀释100倍后进样; 尿液中GHB浓度约为200 μg/mL, 以甲醇-水(1∶1, V/V)稀释10倍后进样。

碳酸饮料、啤酒的标准溶液:取碳酸饮料和啤酒各10 μL,加入适量标准储备液,用990 μL甲醇-水(1∶1, V/V)稀释成不同浓度的标准溶液。

2.3 样品前处理

饮料:水样取500 μL,加入500 μL甲醇,过0.22 μm滤膜后进样; 对于碳酸饮料和啤酒,取10 μL样品,加入990 μL甲醇-水(1∶1, V/V)稀释,经0.22 μm滤膜过滤后检测。

尿样:取尿样100 μL,加900 μL甲醇-水(1∶1, V/V),涡旋混匀,以10000 r/min离心5 min,取上清液,经0.22 μm滤膜过滤后检测。

2.4 实时直接分析离子源条件和质谱条件

称取GHB标准品0.01 g (精确到0.001 g),以超纯水溶解并定容至10 mL,配制成1000 μg/mL的单标储备液,于4℃保存。使用前以甲醇-水(1∶1, V/V)稀释成不同浓度的标准溶液。

3 结果与讨论

3.1 质谱条件的优化

在选择离子扫描模式下,分别采用正离子模式和负离子模式对GHB进行一级质谱分析,得到其分子离子峰。如图1所示,GHB在正负离子模式下均有响应,但在负离子模式下GHB的信号强度明显优于正离子模式,因此本研究选择负离子模式进样。在此条件下,优化锥孔电压,使分子离子峰达到最大响应值,最终确定锥孔电压为8 V。

图1 γ-羟基丁酸(40 μg/mL,甲醇-水(1∶1, V/V)溶解)在正离子模式(A)和负离子模式(B)下的选择离子流图 Fig.1 Selective ion current chromatogram of γ-hydroxybutyric acid (GHB, 40 μg/mL in methanol-water (1∶1, V/V)) in the positive (A) and negative (B) ion mode

3.2 DART条件的优化

3.2.1 离子化温度 DART利用高温激发态的等离子体对待测样品进行解吸离子化,因此离子化温度是需要优化的重要参数。温度过高或过低,都会影响DART的离子化效率和背景噪音。高温会加速待测样品的热解吸率,使更多的待测样品进入质谱检测器,进而增强响应。然而,过高的温度会导致待测样品在热解吸过程中降解,降低灵敏度[13]。本研究考察了离子化气体温度在300~450℃范围内对GHB离子化效率的影响,发现离子化温度为350℃时,信号响应最高,如图2所示。

3.2.2 样品传输速度 DART软件能控制线性轨道上dip-it玻璃棒的移动速度,玻璃棒蘸取待测样品后引入质谱仪分析。玻璃棒通过电离区域的速度对样品信号响应强度有较大的影响。本研究考察了样品传输速度为0.2、0.5和0.8 mm/s时GHB的峰形和离子响应强度。如图3所示,当样品传输速度较慢时,有利于离子化气体与样品充分接触,从而提高离子化效率,但峰形变宽。综合考虑峰形、分析速度及离子响应强度等因素,最终确定以0.5 mm/s的速度进行样品传输。

图2 气体温度对GHB离子化效率的影响 Fig.2 Effect of gas heater temperature on intensity of GHB

3.3 方法学考察

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图3 GHB的选择离子流图,样品传输速度分别为(a) 0.2 mm/s,(b) 0.5 mm/s,(c) 0.8 mm/s Fig.3 Selective ion current chromatogram of GHB at sample introduction speed of (a) 0.2 mm/s, (b) 0.5 mm/s and (c) 0.8 mm/s

杨琳话还没说完,眼泪就出来了。杨琳第二次住院后,来看望她的人,一跨出病房门,她就在他们身后默默流泪,诀别似的。

饮料(水、碳酸饮料、啤酒)和尿液的工作曲线方程如表1所示,其线性范围均为5~100 μg/mL,线性相关系数R>0.98,方法的相对标准偏差为4.1%~5.7%,检出限(S/N=3)为1.0~2.0 μg/mL,定量限(S/N=10)为3.0~5.0 μg/mL。

甲醇(色谱纯,德国 Merck 公司),实验用水为经UPR-II-5T超纯水仪制备的超纯水; γ-羟基丁酸(美国Cerilliant公司)。3种饮料样品购于当地超市,分别为水、无色碳酸饮料和啤酒; 尿液样品由志愿者提供。

尿液样品通过甲醇-水(1∶1, V/V)稀释10倍后进样,结果表明,尿液的基质效应小于15%,属于低基质效应影响,故在实际定量分析过程中采用与水样相同的标准曲线。

表1 线性回归方程、相关系数、相对标准偏差、检出限及定量限

Table 1 Linear regression equations, correlation coefficients,relative standard deviation, limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) (n=6)

样品基质Samplematrix回归方程Regressequation线性范围Linearrange(μg/mL)线性相关系数Correlationcoefficient(R)相对标准偏差RSD(%,n=6)检出限LOD(μg/mL)定量限LOQ(μg/mL)水,尿液Water,uriney=744x+27935~1000.98994.11.03.0碳酸饮料Sodasy=174.5x+9935~1000.99805.72.05.0啤酒Beery=229.3x+4935~1000.99454.61.03.0

3.4 模拟样品分析

在实际的刑事案件中,饮料中GHB的浓度范围在1.7~21.1 mg/mL之间[11]。由于阳性的实际样品难以获取,本实验通过加标的方式配制模拟阳性样品。在适量饮料样品中添加GHB标准品,使饮料中GHB的含量分别约为1000、2000和4000 μg/mL。对于刑事案件中的尿液样品,Bosman等[15]报道在疑似药物服用的不同案件中尿液样品中GHB浓度范围为14~2000 μg/mL。LeBeau等[16]也报道了一例疑似药物辅助性犯罪(DFSA)案件中,尿液中GHB的浓度为308 μg/mL。采用在阴性尿液中添加GHB标准品的方式配制模拟阳性尿液样品,使尿液中GHB的含量约为200 μg/mL。按照2.3节的方法对上述配制的模拟样品进行简单前处理后,进行检测。

稀释后的模拟阳性样品测得的质谱图见图4,测得的GHB浓度如表2所示。加标回收率在80.8%~115.2%之间,相对标准偏差为1.9%~12.8%,表明本方法具有较好的准确度和重现性。

图4 水样、碳酸饮料、啤酒和尿样中GHB的DART质谱图 Fig.4 Direct analysis in real-time mass spectra (DART-MS) of GHB in water, sodas, beer and urine samples

表2 样品的加标回收率和精密度

Table 2 Recoveries and relative standard deviations (n=6)

样品Sample测定浓度Found(μg/mL)加标浓度Spiked(μg/mL)加标后测得的浓度Totalfound(μg/mL)回收率Recovery(%)相对标准偏差RSD(%,n=6)水样Water碳酸饮料Sodas啤酒Beer尿液Urine10.810.022.0111.611.521.720.041.7100.012.835.540.067.880.88.612.510.022.5100.57.723.920.041.989.91.942.440.080.795.78.48.210.019.7115.25.020.620.040.6100.03.642.340.076.786.16.623.920.041.085.55.6

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本研究建立了一种饮料和尿液中快速筛查GHB的DART-MS方法,样品前处理过程简单快速,操作方便,可对实际饮料样品(水、碳酸饮料、啤酒)以及尿液中的GHB进行快速筛查,且DART-MS仪器成本低,体积小。本方法可应用于现场快速检测,可为司法鉴定中涉及GHB的案件提供技术支持。

当前的小学数学课堂,教师的主导思维依然比较严重,忽视学生的自主学习和发展,不注重兴趣的引导和激发,不注重启发和思考,不注重和生活实践的结合等教学模式,严重限制了数学这门学科的教学意义和价值,学生无法从数学学习中感受到充分的乐趣,课堂教学的有效性不高。在这种教学思想和教学习惯的指导下,小学生通过几年的数学学习,除了会做题,会运算之外,对数学的感悟非常淡薄,只知道数学是考试科目,对为什么要学习数学,学习数学有什么用没有一个起码的认知,这是教师必须要重视的问题。

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《分析化学》 2018年第05期
《分析化学》2018年第05期文献

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