2019, Vol. 39 
2. 哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术国家级重点实验室, 哈尔滨 150080
2. National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
盐酸麻黄碱是一种具有增强神经兴奋作用的精神类药品[1]，服用该类药品后可以明显增加运动员的兴奋程度，而且会对运动员产生很大的副作用。同时，盐酸麻黄碱也是制造冰毒的重要原料[2]，属于易制毒化学品，使用和流通应受到严格管控。但由于盐酸麻黄碱可以止咳、平喘，大部分感冒药中都含有麻黄碱成分，可能会被不法分子大量购买用于提炼制造毒品。为了避免非法买卖、套购含麻黄碱类药品来制造毒品的情况的发生，现已对含麻黄碱成分的数十种常用感冒实施了限量销售[3]。为了进一步有效控制和监测盐酸麻黄碱类药品的非法流通，研究一种快速准确的现场检测方法具有十分重要的意义。
目前文献利用高效液相色谱法（HPLC法）[4-7]检测盐酸麻黄碱，此外还有气相色谱和质谱联用法（GC-MS）[8]、液相色谱二级质谱法（LC-MS/MS）[9]等，上述方法虽然精确度较高，但是实验耗时较长，实验仪器规模较大，对操作人员要求高，并不适合现场快速检测。
虽然有文献[10]提到用高效薄层色谱（TLC）分离技术和表面增强拉曼光谱（SERS）相结合的方法分析了中成药麻黄汤冲剂中的麻黄碱，但是该研究只对麻黄碱进行了定性分析，未进行过定量分析。本文利用SERS技术对盐酸麻黄碱尿液进行了定性和定量分析，为盐酸麻黄碱的快速现场检测打下了良好的基础。
1 实验部分 1.1 拉曼光谱及其检测条件使用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪（必达泰克公司）采集光谱。激发光源为785 nm，光谱测量范围为68~2 700 cm-1，光谱分辨率小于3 cm-1，激光功率为80 mW，积分时间为5 s。数据的收集和光谱的处理应用的是光谱仪自带软件Bwram 1.01.20，而且根据Boxcar平滑方法对采集到的光谱进行了平滑处理。
1.2 实验试剂盐酸麻黄碱（C10H15NO·HCl）注射液购于东北制药集团沈阳第一制药有限公司；硝酸银（AgNO3）和柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O）购于国药集团化学试剂有限公司；抗坏血酸（C6H8O6）购于阿法埃莎（中国）化学有限公司；溴化钠（NaBr）购于天津市科密欧化学试剂有限公司；氯化钠（NaCl）和碘化钾（KI）购于西陇化工股份有限公司；环己烷（C6H12）购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；人造尿液购于上海晶都生物技术有限公司。另外，实验过程中均使用18.2 MΩ超纯水。
1.3 溶液的制备 1.3.1 系列标准水溶液取盐酸麻黄碱注射液（规格30 mg·mL-1）适量，用去离子水配制浓度为1 mg·mL-1的标准水溶液；用去离子水稀释标准水溶液，配制质量浓度分别为500、400、300、250、125、100、50、25、10 μg·mL-1的盐酸麻黄碱系列标准水溶液。
1.3.2 空白对照用去离子水作为空白对照。
1.3.3 标准尿样参考Han等[11]的尿液预处理方法，取“1.3.1”项下1 mg·mL-1的标准水溶液置于1.5 mL离心管中，用人造尿液配制质量浓度分别为500、300、250、125、100、50、25和10 μg·mL-1的系列标准尿样，加入氯化钠固体使混合溶液过饱和，添加环己烷100 μL，充分混合后，以10 000 r·min-1离心2 min，取上清液，即得。
1.4 银溶胶的制备及表征按文献[12]的制备银溶胶。银溶胶的形态利用扫描电子显微镜得到了表征，扫描电镜图（SEM）如图 1所示。银溶胶纳米颗粒形态接近球体，颗粒粒径集中分布在45~70 nm之间。
|
图 1 银溶胶的SEM图 Fig.1 SEM image of silver colloid |
根据密度泛函理论（DFT）理论对盐酸麻黄碱分子进行计算，然后使用混合交换交互泛函B3LYP及6-31+g（d，p）弥散基组对分子结构进行计算优化[13]，进而获得了理论计算光谱，优化后的盐酸麻黄碱分子结构如图 2所示。
|
图 2 盐酸麻黄碱分子结构示意图 Fig.2 Molecular structure diagram of ephedrine hydrochloride |
图 3为盐酸麻黄碱的理论光谱质量浓度为1 mg·mL-1水溶液的SERS光谱和空白对照光谱。对比理论光谱和SERS光谱可看出，大部分SERS光谱能够检测出来甚至被增强，极少数的特征峰无法被检测到，这是因为远离纳米表面的分子振动没有得到有效增强的缘故。此外，由于待测分子与银纳米颗粒相互作用，会使SERS光谱产生一定的频移，因而SERS光谱与理论光谱相比有稍微的频移。在诸多SERS光谱峰中，较强的特征峰位于751、1 001和1 028 cm-1，本文选取1 001 cm-1处的拉曼峰作为特征峰进行定量分析。盐酸麻黄碱的理论和实验振动频率，如表 1所列。
|
a.理论光谱（theoretical spectrum）b. SERS光谱（SERS spectrum）c.空白对照光谱（blank contrast spectrum） 图 3 盐酸麻黄碱光谱图 Fig.3 Spectra of ephedrine hydrochloride |
|
表 1 盐酸麻黄碱的理论和实验振动频率 Tab.1 Theoretical and experimental vibration frequencies of ephedrine hydrochloride |
为了增强样品的拉曼信号强度，可以添加适量的无机盐（又称促凝剂）来改变溶胶中纳米颗粒的分散状态，形成聚集体，进而产生更多的SERS热点[14-16]。不同的溶胶体系和无机盐种类会对样品产生不同的增强效果。由于卤族离子I-、Br-、Cl-与银粒子的亲和力大于柠檬酸根，因此选用这3种离子的无机盐——碘化钾、溴化钠和氯化钠的水溶液作为促凝剂进行对比性的实验研究。结果表明，本实验中溴化钠水溶液的增强效果最好，因此选取3 mol·L-1溴化钠水溶液作为促凝剂。每次检测的液滴由待测样品、溴化钠溶液和银溶胶按体积比5:1:5混合而成。
2.2.1 水溶液检测下限取“1.3.1”处配制的不同浓度盐酸麻黄碱标准水溶液进行SERS光谱，结果如图 4所示。质量浓度在10 μg·mL-1时，仍然能够检测到1 001 cm-1处的拉曼信号，并且满足检测下限大于等于3倍信噪比的原则，因此检测下限可达到10 μg·mL-1。该检测下限优于《中华人民共和国药典》2015年版利用高效液相色谱法检测盐酸麻黄碱的检测下限（30 μg·mL-1）[17]，因此可以实现盐酸麻黄碱快速高灵敏度的检测。
|
图 4 梯度浓度盐酸麻黄碱水溶液的SERS光谱图 Fig.4 SERS spectra of ephedrine hydrochloride with gradient concentration |
取“1.3.3”项下不同浓度盐酸麻黄碱系列标准尿样检测SERS光谱，结果如图 5所示。随着质量浓度的降低，位于1 001 cm-1处的拉曼特征峰强度也随之减小。当质量浓度为10 μg·mL-1时，特征峰几乎消失；而质量浓度为25 μg·mL-1时，仍可观察到位于1 001 cm-1处的特征峰，并且满足检测下限大于等于3倍信噪比的要求。因此，在尿液中盐酸麻黄碱的检测下限可达25 μg·mL-1。
|
图 5 在尿液中梯度浓度盐酸麻黄碱溶液的SERS光谱图 Fig.5 SERS spectra of ephedrine hydrochloride with gradient concentration in artificial urine |
选取1 001 cm-1处的拉曼特征峰作为分析对象，取“1.3.3”项下系列标准尿样检测SERS，绘出在尿液中盐酸麻黄碱的拉曼特征峰强度随质量浓度的变化曲线，并对这2组数据进行线性拟合，在浓度为10~500 μg·mL-1范围之内得到曲线方程：
| $ Y=89.9 X-0.7436 \quad r^{2}=0.992 $ |
取“1.3.1”项下的1 mg·mL-1的标准水溶液，用人造尿液稀释，制成质量浓度分别为25、100、300 μg·mL-1的盐酸麻黄碱加标尿样，利用特征峰强度计算的质量浓度与已知的加标质量浓度的比值，计算出了回收率及其RSD，如表 2所示。回收率为92.8%~107.4%，RSD为5.4%~7.4%。回收率符合检测要求。
|
|
表 2 加标样品的回收率及其RSD（n=3） Tab.2 The Recovery rate and RSD of ephedrine hydrochloride |
本文建立了基于SERS技术检测盐酸麻黄碱的方法。盐酸麻黄碱的SERS光谱主要特征峰分布在751、1 001和1 028 cm-1等处。选取银溶胶为活性基底，溴化钠为促凝剂，在样品溶液、溴化钠与银溶胶体积比为5:1:5的最佳实验条件下，选取1 001 cm-1处的特征峰进行了定量分析。获得的尿液中的检测下限为25 μg·mL-1；在10~500 μg·mL-1范围内，尿液中的特征峰强度与浓度具有较好的线性度，相关系数接近于1，有利于进行定量分析；回收率范围92.8%~107.36%，RSD范围5.4%~7.4%。利用SERS技术检测盐酸麻黄碱的检测下限优于《中华人民共和国药典》测定方法的检测下限，并且检测快速，仪器便携。
| [1] |
陆燕萍, 刘佳丽, 巩晓宇, 等. 麻黄药理作用及含量测定的研究进展[J]. 中国医药导报, 2013, 10(24): 38. LU YP, LIU JL, GONG XY, et al. Research progress on the ephedra's pharmacological effects and its content determination[J]. China Med Her, 2013, 10(24): 38. DOI:10.3969/j.issn.1673-7210.2013.24.012 |
| [2] |
刘桂红, 乌英珍. 禁毒工作中对含有麻黄碱成分易制毒药品的监管[J]. 中国人民公安大学学报(自然科学版), 2016, 89(3): 64. LIU GH, WU YZ. Supervision of narcotics containing ephedrine in drug control work[J]. J People Public Secur Univ China (Sci Technol), 2016, 89(3): 64. |
| [3] |
刘旺培, 马迅, 刘小华, 等. 盐酸麻黄碱有关物质伪麻黄碱检查方法的改进[J]. 药物分析杂志, 2015, 35(7): 1299. LIU WP, MA X, LIU XH, et al. Improvement of examination method for ephedrine hydrochloride related substances[J]. Chin J Pharm Anal, 2015, 35(7): 1299. |
| [4] |
王春雷, 姜建伟, 侯桂兰. 急支糖浆HPLC特征指纹图谱研究及多成分定量测定[J]. 中草药, 2016, 47(23): 4192. WANG CL, JIANG JW, HOU GL. Fingerprint and multi-components quantitative determination for Jizhi syrup by HPLC[J]. Chin Tradit Herb Drugs, 2016, 47(23): 4192. |
| [5] |
贺颖, 王志萍, 王力宁. HPLC法同时测定麻杏石甘汤剂中盐酸麻黄碱和苦杏仁苷含量[J]. 中华中医药杂志, 2013, 28(9): 2778. HE Y, WANG ZP, WANG LN. HPLC simultaneous determination of ephedrine hydrochloride and amygdalin in Maxing Shigan decoction[J]. China J Tradit Chin Med Pharm, 2013, 28(9): 2778. |
| [6] |
黎春彤, 李翔, 马建丽, 等. HPLC同时测定防风通圣丸中盐酸麻黄碱和盐酸伪麻黄碱的含量[J]. 药物分析杂志, 2016, 36(1): 176. LI CT, LI X, MA JL, et al. Simultaneous determination of ephedrine hydrochloride and pseudoephedrine hydrochloride in Fangfeng Tongsheng pills by HPLC[J]. Chin J Pharm Anal, 2016, 36(1): 176. |
| [7] |
洪美华, 卓小萍, 何世柯, 等. 小儿咳喘灵颗粒中盐酸麻黄碱含量测定的2种HPLC法比较[J]. 中国药房, 2008, 27(12): 2122. HONG MH, ZHUO XP, HE SK, et al. Determination of ephedrine hydrochloride in Xiaoer Kechuanling granules by two different HPLC methods:a contrastive analysis[J]. China Pharm, 2008, 27(12): 2122. |
| [8] |
王乐.GC-MS法分析检验麻黄碱[D].兰州: 甘肃政法学院, 2015 WANG L.The Study on the Determination of Ephedrine by GC-MS[D].Lanzhou: Gansu Institute of Political Science and Law, 2015 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11406-1015305591.htm |
| [9] |
李宁, 宋玉乔, 吕效兴, 等. LC-MS/MS法快速测定人血浆中盐酸伪麻黄碱的血药浓度[J]. 现代科学仪器, 2008, 18(3): 53. LI N, SONG YQ, LÜ XX, et al. LC-MS/MS fast determination of the drug concentration of pseudo-ephedrine hydrochloride in human plasma[J]. Mod Sci Instrum, 2008, 18(3): 53. |
| [10] |
臧永丽, 高慧菊. 麻黄碱的TLG-SERS研究[J]. 聊城师院学报(自然科学版), 2000, 13(2): 57. ZANG YL, GAO HJ. TLG-SERS study on ephedrine[J]. J Liaocheng Teach Univ(Nat Sci), 2000, 13(2): 57. |
| [11] |
HAN Z, LIU H, WANG B, et al. Three-dimensional surface-enhanced Raman scattering hotspots in spherical colloidal superstructure for identification and detection of drugs in human urine[J]. Anal Chem, 2015, 87(9): 4821. DOI:10.1021/acs.analchem.5b00176 |
| [12] |
QIN YQ, JI XH, JING J, et al. Size control over spherical silver nanoparticles by ascorbic acid reduction[J]. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp, 2010, 372(1-3): 172. DOI:10.1016/j.colsurfa.2010.10.013 |
| [13] |
林翔.SERS基底的制备及其用于食品中污染物的快速检测[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2016 LIN X.Fabrication of SERS Platforms and ITS Application on Fast Detection of Food Contaminants[D].Harbin: Harbin Institute of Technology, 2016 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10213-1016739819.htm |
| [14] |
JANA NR, PAL T. Anisotropic metal nanoparticles for use as surface-enhanced Raman substrates[J]. Adv Mater, 2007, 19(13): 1761. DOI:10.1002/(ISSN)1521-4095 |
| [15] |
陈志俊, 赵航, 包琳, 等. 基于表面增强拉曼光谱技术检测阿斯巴甜[J]. 光散射学报, 2018, 30(1): 28. CHEN ZJ, ZHAO H, BAO L, et al. Detection of aspartame based on the surface-enhanced Raman spectroscopy[J]. Chin J Light Scat, 2018, 30(1): 28. |
| [16] |
ZHAO H, HASI WLJ, BAO L, et al. Rapid detection of sildenafil drugs in liquid nutraceuticals based on surface-enhanced Raman spectroscopy technology[J]. Chin J Chem, 2017, 35(10): 1522. DOI:10.1002/cjoc.v35.10 |
| [17] |
中华人民共和国药典2015年版.二部[S].2015: 1076 ChP 2015.Vol Ⅱ[S].2015: 1076 |