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基金项目: 国家自然科学基金项目( 21565005 );甘肃省自然科学基金 项目( 1506RJZA033 );兰州市科技计划基金( 2016-3-36 作者简介: 宋爱英( 1977- ),男,博士,副教授,主要从事药品、毒 品和毒物的分析研究。 ·论 著· 中空纤维液相微萃取 气相色谱法 检测感冒药中的咖啡因 宋爱英 ,魏琳琳 ,王健康 ,曾俊菱 ,石恩林 1. 甘肃政法学院公安技术学院,甘肃兰州 730070 2. 甘肃省疾病预防控制中心,甘肃兰州 730020 3. 中科院兰州化学物理研究所,甘肃兰州 730000 摘要:目的 以中空纤维液相微萃取( HF-LPME )为前处理技术,结合气相色谱( GC )建立感冒药中咖啡因的分析方 法。方法 取适量经仔细研磨的样品在超声和磁力搅拌下溶解于 100ml 去离子水,再用浸渍过甲苯的 AccurelQ3/2 丙烯中空纤维作为保护装置,以三氯甲烷为萃取溶剂,对样品溶液中的咖啡因进行萃取和富集,萃取物直接上 GC进行 色谱分析。结果 实验优化的样品萃取条件: pH ,萃取时间为 10min ,盐度(以 NaCl 为无机盐)为 30%,萃取温度为 25℃,搅拌速率为 600r/min ,萃取溶剂为 μ ,萃取后取 μ 萃取剂进行色谱分析。本方法检出限( LOD )为0.3mg/L 定量限( LOQ )为 1mg/L ,加标回收率为 91% ~108%,相对标准偏差( RSD )为 4.7% ~7.3%=5 ),线性范围为 1mg/L~ 100mg/L ,相关系数为 0.998 结论 本方成本低廉、快速、准确,可用于对感冒药品中咖啡因的分析测定。 关键词: 液相微萃取;中空纤维;咖啡因;气相色谱;感冒药 中图分类号: O657.7 1   文献标识码: A   文章编号: 1004-8685 2017 13-1834-04 Determinationofcaffeineincoldmedicineusinghollowfiber liquid-phasemicroextractioncombinedwithgaschromatography SONGAi-ying WEILin-lin WANGJian-kang ZENGJun-ling SHIEn-lin SchoolofPublicSecurityandTechnology GansuInstituteofPoliticalScienceandLaw Lanzhou Gansu 730070 China Abstract Objective Todevelopanefficientmethodforthedeterminationofcaffeineincoldmedicinebycombininghollowfi ber-basedliquid-phasemicroextraction HF-LPME withgaschromatographyspectrometry GC Methods Thecrushed samplewasfirstdissolvedinto100mldeionizedwaterunderultrasonicandstirringconditions.Theanalytecaffeinewasthenex tractedfromtheas-preparedsamplesolutionbyhollowfiber-protectedliquid-phasemicroextractionusingchloroformand AccurelQ3/2polypropyleneasorganicsolventandfiber respectively.Thecaffeineofsolutionsampleswasconductedforex tractionandenrichment andtheextractantwasdirectlyconductedfortheGCchromatographicanalysis. Results Theextrac tionconditionswereoptimized andtheoptimumconditionswereobtainedasfollows pHvaluewasnear7 extractiontimewas 10min salinitywas30%temperaturewas25℃stirringspeedwas600r/min.Afterextraction μ lorganicsolventwasin troducedtoGCforanalysis.Undertheoptimizedconditions thelimitofdetectionandquantificationwere0.3mg/Land1mg/L respectively.Therecoveryofstandardadditionwaswithin91%-108%withprecisionof4.7%-7.3%=5 .Thelinear rangewas1mg/L-100mg/L withrelevantcoefficient =0.998.Conclusion Themethodhasadvantagesoflowcost quickness goodaccuracyandcanbeappliedforthedeterminationofcaffeineincoldmedicine. KeyWords Liquid-phasemicroextracion Hollowfiber Caffeine Gaschromatography Coldmedicine 咖啡因( Caffeine )学名 7- 三甲基黄嘌呤,是 中枢神经系统的兴奋药物,可兴奋大脑皮层、延髓和 脊髓 ,刺激肾上腺髓质释放肾上腺素 ,并可使脑 血管收缩,具有缓解脑血管扩张引起的头痛 等作用 与功效,是某些感冒药的主要成分。 国家药典标准方法以结晶紫和高氯酸分别作为 指示剂和标准液滴定液,采用滴定法对药品中的咖啡 因进行测定 ,该方法不仅灵敏度低、步骤繁琐,并且 使用大量乙酸酐和冰乙酸,对环境和操作人员健康具 有潜在危 害。因 此,有 必 要 建 立 一 种 简 便、准 确、高 效、绿色 的 对 药 品 中 咖 啡 因 的 分 析 方 法。由 Rezaee 等发明的 液 相 微 萃 取 技 术 集 采 样、萃 取 和 浓 缩 于 一 体,并且可与气相色谱( GC )、高效液相色谱 ( HPLC 等多种分析仪器兼容,具有快速简便、成本低廉、灵敏 度高和对环境友好等优点 。目前,该技术已被成功 应用于对食品、生物检材和环境等样品中多种无机和 有机目标物的分析测定 6-13 · · 中国卫生检验杂志 2017 月第 27 卷第 13 ChinJHealthLabTec Jul.2017 Vol.27 No.13

中空纤维液相微萃取 气相色谱法 检测感冒药中的咖啡因 file中空纤维液相微萃取-气相色谱法 检测感冒药中的咖啡因 宋爱英1,魏琳琳2,王健康3,曾俊菱1,石恩林1

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基金项目:国家自然科学基金项目(21565005);甘肃省自然科学基金

项目(1506RJZA033);兰州市科技计划基金(2016-3-36)

作者简介:宋爱英(1977-),男,博士,副教授,主要从事药品、毒

品和毒物的分析研究。

·论 著·

中空纤维液相微萃取 -气相色谱法检测感冒药中的咖啡因

宋爱英1,魏琳琳2,王健康3,曾俊菱1,石恩林1

1.甘肃政法学院公安技术学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃省疾病预防控制中心,甘肃 兰州 730020;3.中科院兰州化学物理研究所,甘肃 兰州 730000

摘要:目的 以中空纤维液相微萃取(HF-LPME)为前处理技术,结合气相色谱(GC)建立感冒药中咖啡因的分析方法。方法 取适量经仔细研磨的样品在超声和磁力搅拌下溶解于100ml去离子水,再用浸渍过甲苯的AccurelQ3/2聚丙烯中空纤维作为保护装置,以三氯甲烷为萃取溶剂,对样品溶液中的咖啡因进行萃取和富集,萃取物直接上GC进行色谱分析。结果 实验优化的样品萃取条件:pH≈7,萃取时间为 10min,盐度(以NaCl为无机盐)为30%,萃取温度为25℃,搅拌速率为600r/min,萃取溶剂为3μl,萃取后取2μl萃取剂进行色谱分析。本方法检出限(LOD)为0.3mg/L,定量限(LOQ)为1mg/L,加标回收率为91%~108%,相对标准偏差(RSD)为4.7%~7.3%(n=5),线性范围为1mg/L~100mg/L,相关系数为0.998。结论 本方成本低廉、快速、准确,可用于对感冒药品中咖啡因的分析测定。关键词:液相微萃取;中空纤维;咖啡因;气相色谱;感冒药

中图分类号:O657.7+1   文献标识码:A   文章编号:1004-8685(2017)13-1834-04

Determinationofcaffeineincoldmedicineusinghollowfiberliquid-phasemicroextractioncombinedwithgaschromatography

SONGAi-ying,WEILin-lin,WANGJian-kang,ZENGJun-ling,SHIEn-linSchoolofPublicSecurityandTechnology,GansuInstituteofPoliticalScienceandLaw,Lanzhou,Gansu730070,China

Abstract:Objective Todevelopanefficientmethodforthedeterminationofcaffeineincoldmedicinebycombininghollowfiber-basedliquid-phasemicroextraction(HF-LPME)withgaschromatographyspectrometry(GC).Methods Thecrushedsamplewasfirstdissolvedinto100mldeionizedwaterunderultrasonicandstirringconditions.Theanalytecaffeinewasthenextractedfromtheas-preparedsamplesolutionbyhollowfiber-protectedliquid-phasemicroextractionusingchloroformandAccurelQ3/2polypropyleneasorganicsolventandfiber,respectively.Thecaffeineofsolutionsampleswasconductedforextractionandenrichment,andtheextractantwasdirectlyconductedfortheGCchromatographicanalysis.Results Theextractionconditionswereoptimized,andtheoptimumconditionswereobtainedasfollows:pHvaluewasnear7,extractiontimewas10min,salinitywas30%,temperaturewas25℃,stirringspeedwas600r/min.Afterextraction,2μlorganicsolventwasintroducedtoGCforanalysis.Undertheoptimizedconditions,thelimitofdetectionandquantificationwere0.3mg/Land1mg/L,respectively.Therecoveryofstandardadditionwaswithin91%-108%,withprecisionof4.7%-7.3%(n=5).Thelinearrangewas1mg/L-100mg/L,withrelevantcoefficient(r)=0.998.Conclusion Themethodhasadvantagesoflowcost,quickness,goodaccuracyandcanbeappliedforthedeterminationofcaffeineincoldmedicine.KeyWords:Liquid-phasemicroextracion;Hollowfiber;Caffeine;Gaschromatography;Coldmedicine

  咖啡因(Caffeine)学名1,3,7-三甲基黄嘌呤,是中枢神经系统的兴奋药物,可兴奋大脑皮层、延髓和

脊髓[1],刺激肾上腺髓质释放肾上腺素[2],并可使脑

血管收缩,具有缓解脑血管扩张引起的头痛[3]等作用

与功效,是某些感冒药的主要成分。

  国家药典标准方法以结晶紫和高氯酸分别作为

指示剂和标准液滴定液,采用滴定法对药品中的咖啡

因进行测定[4],该方法不仅灵敏度低、步骤繁琐,并且

使用大量乙酸酐和冰乙酸,对环境和操作人员健康具

有潜在危害。因此,有必要建立一种简便、准确、高

效、绿色的对药品中咖啡因的分析方法。由 Rezaee等发明的液相微萃取技术集采样、萃取和浓缩于一

体,并且可与气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)等多种分析仪器兼容,具有快速简便、成本低廉、灵敏

度高和对环境友好等优点[5]。目前,该技术已被成功

应用于对食品、生物检材和环境等样品中多种无机和

有机目标物的分析测定[6-13]。

·4381· 中国卫生检验杂志 2017年7月第27卷第13期 ChinJHealthLabTec,Jul.2017,Vol.27,No.13

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  在常见有机溶剂中,三氯甲烷对咖啡因具有很好的溶解性,Shrivas等曾以三氯甲烷为萃取溶剂,采用静态单滴微萃取 -GC/MS法,完成了对多种饮料中咖啡因的分析测定[14]。但在具体实验过程中发现,

当样品基体较为复杂时(如污水和血清等),三氯甲烷

不仅在萃取过程中有损耗,并且其黏度会明显降低,

从而造成精密度降低和分析结果的不准确。为了有

效提高三氯甲烷在萃取过程中的稳定性,本研究以浸

渍过甲苯的聚丙烯中空纤维作为保护装置,将三氯甲

烷限制在纤维空腔内,从而解决了因三氯甲烷直接与

样品溶液接触而使其稳定性降低的问题,通过进一步

对萃取时间、pH值、盐度、搅拌速度等实验参数的优化,建立了一种快速、灵敏、可靠的测定感冒药中咖啡

因的分析方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂 Agilent6890A气相色谱仪(美国Agilent公司);HP-5毛细管色谱柱(30m×0.32mm,0.50μm,美国 Agilent公司);WIGGENS加热磁力搅拌器[中国桑翌技术(北京)有限公司];微量进样器

(5μl,美国 Agilent公司);Milli-QElement纯水机(美国Millipore公司);MettlerToledo电子天平(中国梅特勒托利多上海仪器有限公司);Q3/2Accurel聚丙烯中空纤维(壁厚 200μm,内径 600μm,孔径0.2μm)(德国 Membrana公司)。咖啡因标准品(分析纯,批号:SB05-272-2012);999感冒灵颗粒(批号:Z44021940)、小儿氨酚烷胺颗粒(批号:H62021145)和氨咖黄敏片(批号:H50021785)均购于当地药店;二氯甲烷(99.0%,批号:20160316);三氯甲烷(99.0%,批号:20131009);乙酸乙酯(97.0%,批号:20050921);四氯化碳(98.0%,批号:20101009);甲苯(98.0%,批号:20051027);正己烷(97.0%,批号:20141104);环己烷(99.5%,批号:20130027)。1.2 方法1.2.1 样品处理及分析 将中空纤维截成1.5cm小段,在丙酮中超声清洗10min除去所含杂质,再在通风厨自然风干备用。将1袋999感冒灵颗粒、小儿氨酚烷胺颗粒和2粒氨咖黄敏片于研钵中分别进行研磨混匀,后称取适量试样于100ml去离子水中进行超声、搅拌,待试样充分溶解后,取5ml上清液于盛有磁子的小瓶中,用微量注射器先吸入3μl三氯甲烷,再吸入2μl去离子水,后将注射器针尖插入浸渍过甲苯的中空纤维上端,推出注射器中液体后迅速伸入液

面以下,开启搅拌器,以 600r/min转速萃取 10min后停止搅拌,抽取2μl三氯甲烷直接向 GC进样,整个实验在室温(~25℃)条件下进行,HF-LPME萃取装置如图1所示。

  注:1:微量进样器;2:固定支架;3:中空纤维;4:磁子;5:磁力搅拌器。

图1 基于中空纤维保护的液相微萃取装置1.2.2 仪器条件  HP-5毛细管色谱柱,柱温保持200℃,采样时间为6min;火焰离子化检测器(FID),氢气和氧气流量分别为400ml/min和50ml/min;进样口和检测器温度均为250℃;采用分流进样模式,分流比为301;载气为高纯(纯度≥99.9%)氮气,流速为1.3ml/min。1.2.3 标准溶液的配制 准确称取咖啡因10mg,用甲醇溶解并定容至10ml,配制成1mg/ml的标准储备液,4℃避光保存。吸取适量的标准储备液于7个10ml容量瓶中,用去离子水定容至刻度,质量浓度分别为 1mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L、80mg/L、100mg/L。

2 结 果

2.1 萃取条件的优化2.1.1 萃取溶剂的选择 考察了二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、甲苯、乙酸乙酯、正己烷和环己烷7种有机溶剂对咖啡因的萃取效率,结果发现三氯甲烷的

萃取效率最佳,其次是二氯甲烷,其余有机溶剂萃取

效率均不理想。因此,本实验选取三氯甲烷为萃取

溶剂。

2.1.2 三氯甲烷体积 考察了不同萃取溶剂体积(0.5μl、1.0μl、1.5μl、2.0μl、2.5μl、3.0μl)对萃取效率的影响规律。结果表明,随着萃取溶剂体积的

增加,萃取效率不断提高,但当体积超过2μl时,溶剂峰面积过大,使得咖啡因与溶剂峰不能很好分离。另

外,考虑到三氯甲烷具有易挥发并微溶于水的缺点,

用浸渍过甲苯的中空纤维作为保护装置,用3μl三氯甲烷进行萃取,待萃取完成后吸取2μl向 GC进样,实验结果证明,以上措施可明显提高三氯甲烷在萃取

过程中的稳定性,从而有效改善了方法的精密度和准

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确度。

2.1.3 转速 考察了转速为 0r/min、200r/min、400r/min、600r/min、800r/min、1000r/min时对萃取效率的影响规律。随着转速的增加,萃取效率逐渐

提高,但转速过高使得中空纤维表面产生大量气泡,

且萃取溶剂也易于漏出,从而会造成萃取效率和精密

度的降低。因此,本实验选定转速为600r/min。2.1.4 萃取时间 考察了 5min、10min、15min、20min、25min、30min萃取时间对萃取效率的影响,结果表明,在15min内,随着萃取时间的延长,萃取效率逐渐提高;当萃取时间超过15min时,萃取效率反而逐渐下降,可能原因是由于三氯甲烷具有挥发性和

部分水溶性,萃取时间过长会使三氯甲烷从中空纤维

中渗出而造成一定损失所致。考虑到 LPME属于非完全萃取技术,为了保证较高灵敏度并节省时间,本

实验选定萃取时间为10min。2.1.5 pH值 考察了pH值为2~12时对萃取效率的影响,结果表明,pH值在 2~10,萃取效率随 pH值的增加而逐渐提高,当pH值从10增加至12时,萃取效率基本保持恒定,原因是咖啡因属于弱碱性化合物

(pKb=10.4)[15],酸性条件下,咖啡因主要以离子形

式存在,其在有机相/水相间的分配比较小;而在碱性条件下,咖啡因主要以分子形式存在,有助于提高其

在有机溶剂/水相间的分配比。但考虑到一般样品pH值呈中性,同时为了简化实验步骤,在实验过程中并未对pH值进行调控。2.1.6 盐度 以NaCl为无机盐,考察了盐度对萃取效率的影响。结果表明,与静态萃取条件下观察到的

实验现象相反,在本实验条件下,盐度对萃取效率具

有明显的促进作用,随着盐度增加,萃取效率不断提

高,当盐度接近饱和(30%,W/W)时,萃取效率达到了最佳。主要原因是在动态萃取模式下,无机盐的加入

提高了咖啡因在有机溶剂/水相间的分配比,并同时降低了有机溶剂在水相中的溶解性。为了获取最佳

萃取效率,本实验选择盐度为30%。2.2 方法学指标2.2.1 方法的线性范围、检出限及定量限 配制不同浓度的咖啡因标准溶液,在所建立最佳条件下进行

萃取检测。检出限(LOD)按信噪比等于3进行计算,定量限(LOQ)按信噪比等于10计算,该方法的检出限和定量限分别为0.3mg/L和1mg/L(表1);线性范围为1mg/L~100mg/L,线性方程:y=2.948c+61.26(y为咖啡因色谱峰面积,c为咖啡因浓度),相关系数(r)为0.998,说明该方法灵敏度较高、线性范围宽,相关性良好。

2.2.2 方法的精密度和准确度 在所建立最佳条件下对加标浓度分别为5mg/L、10mg/L、50mg/L加标

溶液进行测定,分别以加标回收率和加标回收率的相

对标准偏差(RSD)表示方法的准确度和精密度。结果发现,加标回收率为91%~108%,加标回收实验的RSD为4.7%~7.3%(n=5)(表1),说明该方法具有良好的准确度和精密度。

表1 方法的检出限、定量限、回收率和精密度(n=5)

分析物检出限

(mg/L)定量限

(mg/L)加标浓度

(mg/L)回收率

(%)精密度

(%)

咖啡因 0.3 1 5 91~104 6.8

10 95~108 7.3

50 92~103 4.7

2.3 实际样品的测定结果 运用本研究方法,在所建立最佳条件下对999感冒灵颗粒、小儿氨酚烷胺颗粒和氨咖黄敏片3种感冒药中所含咖啡进行了测定。图2和图3分别为咖啡因标准溶液、样品小儿氨酚烷胺颗粒的典型图谱,可以看出,目标分析物咖啡因在

4.67min处即可出峰,萃取溶剂三氯甲烷仅对样品中的咖啡因具有优异的萃取效果,说明该方法快速,并

具有很好的选择性。表2为药品中咖啡因含量的测定结果,可以看出,除999感冒灵颗粒未标出咖啡因含量外,其余2种感冒药中咖啡因的测定值与厂家说明书中提供的标称值符合良好,说明该方法完全可用

于对药品中咖啡因的分析测定。

图2 咖啡因标准色谱图

图3 样品小儿氨酚烷胺颗粒色谱图

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表2 感冒药中咖啡因含量测定结果 (n=3)

药品名称 取样量测定浓度

(mg/L)测定值

(mg)标称值

(mg)相对标准偏差

999感冒灵颗粒 1袋 66.3 6.63 - 4.3

小儿氨酚烷胺颗粒 1袋 61.4 6.14 6 5.6

氨咖黄敏片 1/2粒 71.2 14.2 15 3.8

  注:-表示无标称值。

3 结 论

  本研究以浸渍过甲苯的中空纤维作为保护装置,使得三氯甲烷在整个萃取过程中的稳定性显著提高,

从而能够顺利完成对药品溶液中咖啡因的萃取和富

集。本方法具有成本低廉、省时省力、对环境友好,可

与 GC、GC/MS和 LC/MS/MS等分析仪器兼容的优点。

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收稿日期:2016-12-26

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收稿日期:2017-02-04

·7381·中国卫生检验杂志 2017年7月第27卷第13期 ChinJHealthLabTec,Jul.2017,Vol.27,No.13