表面增强拉曼光谱法鉴别减肥食品中6种违禁药品

吴国萍,姚一佳,马睿悦,严 硕,徐 琛

(1.江苏警官学院 刑事科学技术系,南京 210031;2.江苏省食品药品与环境犯罪检验技术工程研究中心,南京 210031;3.杭州市公安局刑事科学技术研究所,杭州 310000)

随着人们生活水平提高,不节制的饮食习惯以及以瘦为美的审美风气盛行,减肥食品需求量日益增大。酚酞、西布曲明、氟西汀、呋塞米、N-苯甲酰基西布曲明、氢氯噻嗪等6种药品是减肥食品中常见的添加药品,也是禁止添加的药品[1]。上述6种药品的常见检测方法有气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱联用法、高效液相色谱法、薄层色谱法、离子迁移谱法等[2-8]。这些方法对试验条件要求高,操作复杂,耗时长,大多用于实验室检测减肥食品中的违禁药品,不适用于现场快速筛查。

本工作基于表面增强拉曼光谱(SERS)快速检验技术[9-16],制备颗粒大小均匀性好的纳米金为表面增强试剂,提出了上述6种违禁减肥药品的快速检测方法,可为食品药品与环境犯罪现场的批量样品的快速检测提供技术参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

JEM-2100型高分辨透射电子显微镜;SSR-3010型便携式拉曼光谱分析仪;Fresco 21型台式高速冷冻离心机;85-2型磁力搅拌器;Vortex 3000型涡旋振荡器/混合器;HG202 A-2型电热鼓风干燥箱;Milli-Q Intergral 5型纯水机;FA1104 N型电子天平。

单标准储备溶液:100 mg·L-1,分别称取适量的西布曲明、氢氯噻嗪、氟西汀、酚酞、呋塞米、N-苯甲酰基西布曲明标准品,用甲醇溶解并定容至100 mL容量瓶中,配制成质量浓度均为100 mg·L-1的单标准储备溶液,于-18℃冰箱中保存。

西布曲明、氢氯噻嗪、氟西汀、酚酞、呋塞米、N-苯甲酰基西布曲明标准品的纯度均为99.9%;柠檬酸三钠、氯金酸、抗坏血酸、氯化钠、溴化钠、碘化钾均为分析纯;盐酸为优级纯;试验用水为二次去离子水。收集缴获的减肥类食品20份。

1.2 仪器工作条件

激光波长785 nm,功率275 m W,扫描范围175～3 200 c m-1,分辨率4.5 c m-1;激光器的激光发射功率500 m W,分辨率6 c m-1,积分时间10 s,积分平均2次,平滑度1。

1.3 试验方法

1.3.1 纳米金的制备

取0.01%(质量分数)氯金酸溶液100 mL于250 mL平底烧瓶中,沸腾后加入1.0%(质量分数,下同)柠檬酸三钠溶液3 mL,作为备用液;随即取备用液48 mL于500 mL平底烧瓶中,加入水320 mL、1.0%(质量分数)抗坏血酸溶液9.6 mL和1.0%柠檬酸三钠溶液3.2 mL,在冰浴中搅拌;室温缓慢滴加0.825%(质量分数)氯金酸溶液17.6 mL,在70℃水浴条件下搅拌加热20 min,得豆沙红色纳米金溶液,冷藏备用[17]。

1.3.2 标准溶液的测定

在文献[18-20]基础上优化,得到6种药品的最佳试验条件。

取300μL纳米金溶液、质量浓度为100 mg·L-1的西布曲明或呋塞米单标准溶液200μL和30.00%(质量分数,下同)氯化钠溶液20μL,混合30 s;取400 μL纳米金溶液,质量浓度均为100 mg·L-1的氢氯噻嗪、氟西汀或N-苯甲酰基西布曲明单标准溶液200μL和30.00%氯化钠溶液30μL,混合15 s;取200μL纳米金溶液、质量浓度为100 mg·L-1的酚酞标准溶液100μL和30.00%氯化钠溶液30μL,混合30 s;分别按照仪器工作条件进行测定。

1.3.3 样品的测定

取100 mg减肥食品样品碾碎,置于15 mL离心管中,用10 mL甲醇溶解,超声5 min后,以3 000 r·min-1转速离心5 min,上清液按照1.3.2节条件分别进行SERS检测。

2 结果与讨论

2.1 纳米金的表征

将纳米金溶液滴在预先覆盖For mvar膜的铜网上,自然干燥后采用透射电子显微镜,在加速电压75 k V、不同倍率下观察纳米金的粒径和形貌,如图1所示。

由图1可知,制备的纳米金以球状为主,大小均匀,粒径50 nm左右。

图1 透射电子显微镜形貌表征图Fig.1 Mor phological characterization diagra ms of trans mission electronmicr oscope

2.2 助剂的选择

试验考察了在浓度均为0.01 mol·L-1的氯化钠溶液、溴化钠溶液、盐酸溶液、碘化钾溶液(对应质量分数分别为5.84%,10.28%,3.00%,16.00%,下同)等不同助剂存在下,质量浓度均为100 mg·L-1的6种药品的SERS,结果见图2。

由图2可知,以16.00%碘化钾溶液为助剂时,西布曲明、酚酞和氟西汀虽有一定的增强效果,但其特征峰强度不如其他助剂强;以16.00%碘化钾溶液和10.28%溴化钠溶液为助剂时,呋塞米、N-苯甲酰基西布曲明和氢氯噻嗪出峰较为杂乱,表面增强效果不理想;以3.00%盐酸溶液和5.84%氯化钠溶液为助剂时,6种药品均有较好的表面增强效果,特征峰强度较大,并且以5.84%氯化钠溶液为助剂时比3.00%盐酸溶液为助剂时部分特征峰的增强效果更为明显。因此,试验选择以氯化钠为助剂,后续进一步探讨。

此外,结果还表明,以5.84%氯化钠溶液为助剂,以纳米金为表面增强试剂时,6种药品的SERS谱图中各官能团特征峰均有不同程度的增强,但由于各自化学环境不同,特征峰增强的强度差异较大,如西布曲明在1 089.9 c m-1左右特征峰最强,信号强度为48 052;氢氯噻嗪在989.2 c m-1左右特征峰最强,信号强度为74 473;氟西汀在994.2 c m-1左右特征峰最强,信号强度为172 274;酚酞在732.8,1 173.9,1 603.8 c m-1左右特征峰增强都很明显,信号强度分别为98 919,123 284和94 160;呋塞米特征峰整体增强不显著,其中1 173.9 c m-1和1 597.4 c m-1左右特征峰增强相对明显,信号强度为17 777,31 505;N-苯甲酰基西布曲明在991.7 c m-1左右特征峰最强,信号强度为59 993。因此,可将特征峰波数和信号强度两者相结合,作为定性分析依据。

2.3 助剂氯化钠溶液质量分数的选择

试验考察了以质量分数分别为1.00%,5.84%,10.00%,15.00%,20.00%,30.00%的氯化钠溶液为助剂时对6种药品(质量浓度均为100 mg·L-1)表面增强效果的影响。结果表明:随着氯化钠溶液质量分数的增大,6种药品的表面增强效果整体呈上升趋势,特征峰强度逐步增大;当氯化钠溶液质量分数达到30.00%左右时,增强效果逐渐趋于平稳,且氯化钠溶液趋于饱和。因此,试验选择30.00%氯化钠溶液作为助剂。以西布曲明为例,表1列举了在不同质量分数氯化钠溶液作用下西布曲明的部分特征峰信号强度。

表1 不同质量分数氯化钠溶液对西布曲明表面增强效果的影响Tab.1 Effect of sodiu m chloride solution with different mass fractions on the surface enhanced effect of sibutramine

2.4 正交试验

为得到最佳的试验条件,对纳米金用量、样品量、助剂30.00%氯化钠溶液用量、反应时间等4个因素分别选取3个水平,设计了L9(34)正交试验,如表2所示。在不同的正交试验条件下,对100 mg·L-1的6种药品溶液进行SERS检测,结果见表3。

表2 正交试验设计Tab.2 Design oforthogonal test

表3 不同正交试验条件下6种药品的拉曼光谱信号强度Tab.3 Raman spectral signal intensity of 6 drugs under different conditions ofort hogonal test

表3 (续)

由表3可知:西布曲明、呋塞米在条件6下检测时,特征峰较多,且特征峰强度大,表面增强效果较为明显,故选定条件6为这两种药品的检测条件;氢氯噻嗪、氟西汀、N-苯甲酰基西布曲明在条件9下检测时,特征峰较多,特征峰强度最大,故选定条件9为这3种药品的检测条件;酚酞在条件2下检测时,表面增强效果最好,出峰多,且特征峰强度较大,故选定条件2为酚酞的检测条件。

2.5 检出限

在各自最佳检测条件下,对6种药品质量浓度均为1.00～100 mg·L-1(1.00～10.0 mg·L-1,质量浓度水平间隔1.00 mg·L-1;10.0～100 mg·L-1,质量浓度水平间隔5.00 mg·L-1)的单标准溶液系列进行SERS检测。结果显示:酚酞、西布曲明、呋塞米、氟西汀的检出限分别为1.00,20.0,20.0,35.0 mg·L-1;氢氯噻嗪和N-苯甲酰基西布曲明的质量浓度需达50.0 mg·L-1才会有较好的表面增强效果,说明二者的检出限为50.0 mg·L-1。

2.6 重复性试验

制备两批纳米金A1、A2,选用西布曲明、氟西汀、酚酞等3种药品按照最优试验条件分别重复测定8次,观察其特征峰信号强度的波动情况,计算不同波数下对应特征峰信号强度的相对标准偏差(RSD),结果见表4。以西布曲明为例,选用纳米金A1,得到8次重复试验的拉曼图谱,以考察其特征峰拉曼位移的波动情况,结果见图3。

图3 8次重复试验下西布曲明的拉曼图谱Fig.3 Ra man spectra of sibutra mine in 8 repeated tests

表4 3种药品特征峰信号强度的波动情况(n＝8)Tab.4 Fluctuation of signal intensity of characteristic peaks of 3 drugs(n＝8)

结果表明:部分特征峰信号强度在一定范围波动,RSD为2.8%～8.6%,符合快速检测要求;特征峰拉曼位移基本没有变化。

2.7 样品分析

取20份减肥食品样品1～20,按照试验方法分别在1.3.2节中3种试验条件下进行SERS检测。结果表明:①当样品5、15处理后在1.3.2节酚酞的测定 条 件下 检 测时,在612.3,732.8,1 173.9,1 603.8 c m-1处均产生拉曼特征峰,且表面增强效果明显。在此检测条件下,对比样品5、15及酚酞标准品的SERS,其特征峰拉曼位移吻合,故初步判断样品5、15中含有酚酞。②当样品1～4、6～13、19、20处理后在1.3.2节西布曲明、呋塞米的测定条件下检测时,在753.9,1 089.9,1 439.6,1 559.2 c m-1处均产生特征峰,且表面增强效果明显。在此检测条件下,对比样品1～4、6～13、19、20及西布曲明标准品的SERS,其特征峰拉曼位移吻合,故初步判断这14份减肥食品样品中含有西布曲明。③当样品14处理后在1.3.2节氢氯噻嗪、氟西汀、N-苯甲酰基西布曲明的测定条件下检测时,在628.6,996.7,1 176.2,1 599.5 c m-1处均产生特征峰,且表面增强效果明显。对比样品14与氟西汀标准品的SERS,特征峰拉曼位移吻合,故初步判断样品14含有氟西汀。④样品16、17、18在1.3.2中3种试验条件下检测,均无明显特征响应。上述拉曼初筛结果经本实验室中液相色谱-质谱联用法检验核对,结果一致。

本工作两步法合成的纳米金均匀性好,粒径可达50 nm,通过正交试验设计优化的SERS分析方法,可在一定程度上满足减肥食品中对这6种违禁药品快速筛查与检测需求,适合于食品药品与环境犯罪案件中现场快速检测。

感谢公安技术“十四五”江苏省重点学科给予的帮助!