电子烟和烟草中非法添加巴比妥类物质的检测方法研究

目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 [19]。2.3本研究的主要内容本研究建立了电子烟烟油和烟草中巴比妥类物质的气相色谱-三重四极杆串联质谱检测方法，通过优化色谱分离条件以及质谱检测条件，采用全扫描、选择离子监测以及多重反应监测等三种模式进行分析检测，提高检测选择性和灵敏度，为电子烟和烟草中非法添加有害物质的犯罪行为监管、检测提供技术支撑。3实验部分3.1仪器与试剂仪器：7890A/7000B气相色谱-三重四极杆串联质谱联用仪（gaschromatography/triplequadrupoletandemmassspectrometry，GC-QQQ-MS）；电子天平XPR36C/AC（梅特勒托利多科技（中国）有限公司）；TDL-16C型高速台式离心机（上海金鹏分析仪器有限公司）；昆山舒美KQ-200KDE高功率超声波清洗机（昆山市超声仪器有限公司）。试剂：乙酸乙酯、甲醇和氢氧化钠均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。巴比妥、苯巴比妥、甲苯巴比妥、二甲苯巴比妥、异丙烯丙基巴比妥购于上海市刑事科学技术研究院。检材：空白电子烟烟油和烟草样本，购于本地市场，实际电子烟烟油和烟草样本，来自于某市刑侦支队理化检验室。3.2仪器条件本次实验使用的仪器内使用DB-5MS型号石英毛细管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；该研究采用了程序升温色谱法：检验的初始阶段内保持2分钟100℃的温度，随后以20℃/min的升温速率升至280℃，并且保持升温状态持续6分钟，后运行温度设置为300℃，后运行时间2分钟，总共运行时间为20分钟。本次实验研究的检测方法当中仪器各个部位温度、参数设置如下：前进样口温度为280℃；传输线温度同样设置为280℃；选择使用EI离子源，离子源温度设置为230℃，电子能量设为70eV；MS1四极杆温度为150℃。载气使用的是高纯度的He气体（纯度99.99%），计算流量流速为1.2mL/min，碰撞气为高纯氮气（纯度99.99%），流量设为1.50mL/min，淬灭气流量设为2.25mL/min；采用10：1的分流比进行分流进样，进样量为1μL；溶剂延迟进样设置为4分钟，打开时间过滤器。启动全扫描模式，选择离子扫描范围选择40~500（m/z），增益选择为10；选择离子模式下的增益选择为10；多重反应监测模式下的增益则选择100。各分析物的选择离子、离子对以及多重反应监测的碰撞电压见下表3-1。表3-1GC-QQQ-MS定量、定性选择监测离子分析物选择离子监测模式选择离子SIM多重反应监测MRM离子(m/z)离子对(m/z)碰撞电压/eV巴比妥156.6156.6/141.55141.7141.7/98.559898/79.85苯巴比妥205205/161.65161161/1335117.7117.7/90.820甲苯巴比妥219219/175.210146.7146.7/117.65117.7117.7/90.820二甲苯巴比妥233.2233.2/175.610146.8146.8/118.15117.8117.8/90.520异丙烯丙基巴比妥168.1168.1/124.65124.6124.6/79.01097.397.3/78.3103.3样品前处理移取100µL电子烟烟油至2mL的离心管中，加入1mL的乙酸乙酯（含10µg/mL内标物异丙烯丙基巴比妥），超声波震荡萃取5min，然后高速（转速10000r/min）离心3min，微量移液器取100µL上层萃取溶液放入内插管后上机分析。称取400mg左右的烟草至2mL的离心管中，加入1mL的甲醇（含10µg/mL内标物异丙烯丙基巴比妥，超声波震荡萃取5min，然后高速（转速10000r/min）离心3min，微量移液器取100µL上层萃取溶液放入内插管后上机分析。如果添加的样品过多使得目标物浓度过高，导致检测出的色谱峰形状拖尾过于严重，可以对萃取得到的样品溶液进行稀释，再重新进行检测分析。3.4方法学考察3.4.1线性范围和检测限取目标物标准品的混合液，分别稀释配置出浓度为1µg/mL、2µg/mL、5µg/mL、10µg/mL、20µg/mL、50µg/mL的系列梯度浓度溶液，随后使用微型漩涡混合仪使其震荡均匀，再使用GC-MS仪器中进行分析。根据仪器分析所得的数据及结果，可以得到目标物巴比妥类物质的浓度（x）和目标物与内标的峰面积比值（y）之间的关系，可得到线性范围、回归方程以及相关系数（r）。检测限为产生信号（峰高）为基线噪音标准3倍时的样品浓度，即信噪比为3：1（S/N=3）时的浓度值，也就是可以从待检样品中检出的巴比妥类物质的最低浓度。3.4.2精密度与准确度取标准品混合液，配置出浓度为10μg/mL的目标物溶液，分别对每个浓度点进行5次独立的测定，考察检测方法中日内、日间（5d）准确程度和精密程度。准确程度必须要保证实验测出的真实值与测定值之间的平均相对误差（meanrelativeerror，MRE）在±15％之内。精密程度则需要满足不同测定在相同条件下的相对标准偏差（relativestandarddeviation，RSD）在±15％之内。4结果与讨论4.1质谱条件优化在进行质谱数据采集过程中，首先对实验样本采用全扫描（Scan）模式，在50~400m/z离子范围内进行全扫描，得到Scan色谱图（见图4-1A），观察色谱图发现出现了大量的干扰杂质，实验结果误差较大。为了进一步降低基底杂质干扰，采用选择离子监测模式(selectedionmonitor，SIM)，针对全扫描模式下确定的保留时间窗口，按全扫描模式下得到的6个物质的保留时间对扫描时间进行分段，将全扫描模式下记录的3个丰富度最高的特征离子作为前级离子，设置SIM参数，各个时间段的MS1质量设定为相应的3个特征离子，MS1分辨率选择宽，驻留时间为100ms，分段对以上6个不同时间段中高丰度的3个特征离子进行选择离子扫描，从而进一步提升准确性，得到对应的SIM色谱图（见图4-1B）。为了更好的消除样品基质干扰，提高检测准确度和灵敏度。使用多重反应监测（MultipleReactionMonitoring，MRM）模式进行检测。首先进行产物离子检测，将SIM模式下记录的3个特征离子作为母离子，MS2扫描起点设为50，MS2扫描终点设为对应的母离子，扫描时间为400ms，碰撞电压设为10，随后在得到的特征子离子中，选择丰度高的作为子离子，得到离子对（见表3-1）。接着在MRM模式下考察5~25eV的碰撞能量，从而选出最佳碰撞能量（见表3-1），最终以离子对及相应的最佳碰撞能量在MRM模式下进行检测，得到优化后的MRM色谱图（见图4-1C）。图4-1标准品的色谱图（A为Scan色谱图，B为SIM色谱图，C为MRM色谱图）4.2方法的线性范围、检测限和精密度对烟草中加标的样品进行了线性范围、检测限和精密度考察，结果见表4-1。实验结果表明，在三种扫描模式下，在0~50μg/mL范围内4种巴比妥类物质都具有良好的线性关系，并且检测限最低达到了7ng/mL（S/N=3），其中全扫描检测线性相关系数r为0.9975~0.9991，RSD值在2.5%~4.2%范围内，MRE值则在2.6%~4.1%；选择离子扫描相关系数r为0.9977~0.9990，RSD值为1.9%~4.1%，MRE值在1.7%~4.1%区间内；多重反应监测扫描检测线性相关系数r为0.9978~0.9989，RSD值在2.0%~4.2%范围内，MRE值则在1.9%~4.0%。结果表明，本检验方法具重现性好、灵敏度高的优势特点，能够应用于烟草中巴比妥类物质的检测。对电子烟中加标的样品进行了线性范围、检测限和精密度考察，结果见表4-2。实验结果表明，在三种扫描模式下，在0~50μg/mL范围内5种巴比妥类物质都具有良好的线性关系，并且检测限最低达到了3ng/mL（S/N=3），其中全扫描检测线性相关系数r为0.9977~0.9990，RSD值为1.8%~4.0%，MRE值在1.9%~4.1%区间内；选择离子扫描相关系数r为0.9975~0.9988，RSD值为2.1%~4.1%，MRE值在1.7%~4.0%区间内；多重反应监测扫描检测线性相关系数r为0.9979~0.9988，RSD值在2.4%~4.2%范围内，MRE值则在1.9%~4.1%。结果表明，本检验方法具重现性好、灵敏度高的优势特点，能够应用于电子烟中巴比妥类物质的检测。4.3实际样品检测本研究的实际样品来自某市刑侦支队理化检验室，针对电子烟烟油和烟草进行检测分析。电子烟烟油样品呈透明无色，pH值约为6。烟草样品棕黄色碎烟丝，电子烟样品中检测出了巴比妥类物质，色谱图如图4-3所视，成分为二甲苯巴比妥，含量为2.1mg/mL。在检测烟草样品中检测出了巴比妥类物质，色谱图如图4-4所视，成分为二甲苯巴比妥，含量为1.9%mg/mg。二甲苯巴比妥和甲苯巴比妥质谱图如4-4所示，使用NISTMS程序库进行检索发现，二者分子结构不同，二甲苯巴比妥的5位碳上的两个氢原子均被甲基替代，而甲苯巴比妥的5位碳上只有一个氢原子被甲基替代（如图4-5），二者是不同物质。二甲苯巴比妥现未被列管，但和甲苯巴比妥一样具有成瘾性，使用不当易造成生命危险，对受害者健康构成威胁，而目前对二甲苯巴比妥的检测尚未完善，本研究所建立方法为搭建对烟草和电子烟中二甲苯巴比妥的检测方法奠定研究基础。表4-1烟草中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间Scan巴比妥0.37~500.998712403.13.32.92.712.83.03.33.023.63.43.63.4104.0.3.72.83.7202.72.83.53.2503.23.23.43.5苯巴比妥1.07~500.998535503.03.44.13.812.52.83.72.922.93.24.03.8103.52.93.83.2202.63.03.53.5503.93.32.93.6甲苯巴比妥0.59~500.998619502.92.93.02.613.13.63.53.723.83.33.33.2104.24.02.73.8203.53.03.72.9503.22.83.43.8二甲苯巴比妥0.53~500.997817703.53.43.23.514.03.73.33.022.93.33.42.9102.63.03.03.7202.53.02.83.8503.82.93.54.1表4-1烟草中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间SIM巴比妥0.17~500.99795803.83.93.42.012.83.13.12.722.43.41.82.8103.02.62.83.4203.62.42.92.2502.63.41.72.9苯巴比妥0.33~500.998710902.44.01.72.013.92.12.22.522.82.42.91.9103.42.62.43.3202.32.13.33.5502.72.92.33.0甲苯巴比妥0.25~500.99778402.34.03.43.914.03.23.23.422.93.33.82.8102.12.73.22.8204.03.63.63.7503.13.92.22.4二甲苯巴比妥0.29~500.99829703.22.83.31.912.53.02.42.423.43.42.53.7103.03.73.63.6202.63.23.23.4502.83.63.42.0表4-1烟草中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间MRM巴比妥0.03~500.99831002.52.13.42.813.42.93.13.423.93.42.83.8103.53.22.43.1202.83.42.94.0502.02.43.02.5苯巴比妥0.14~500.99874503.93.03.73.013.42.43.43.322.82.92.53.0102.12.42.13.1203.22.62.92.7503.13.43.43.4甲苯巴比妥0.03~500.9985903.84.22.02.014.03.71.93.823.53.63.62.9103.23.93.43.5203.72.82.82.8502.42.12.63.6二甲苯巴比妥0.11~500.99813602.92.33.22.812.63.02.53.823.83.72.83.3103.43.44.03.0203.63.53.43.4503.44.23.82.9表4-2电子烟中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间Scan巴比妥0.26~500.99808803.73.53.42.913.92.84.13.823.23.23.23.2102.92.92.92.9203.54.04.03.5502.62.93.42.9苯巴比妥0.73~500.998424303.93.53.83.113.03.44.13.722.02.53.02.8101.82.33.42.6203.13.54.03.7504.03.53.52.6甲苯巴比妥0.40~500.998313203.83.93.93.513.53.33.21.822.63.02.63.1102.82.42.43.0203.93.11.92.5503.72.73.52.5二甲苯巴比妥0.36~500.997711902.63.93.13.413.63.33.44.022.92.62.03.2104.02.92.12.6203.93.52.82.9503.13.73.82.6表4-2电子烟中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间SIM巴比妥0.09~500.99863103.62.93.32.113.53.53.33.523.43.62.92.8102.82.92.63.4203.93.43.73.5503.72.92.13.7苯巴比妥0.17~500.99755603.43.82.63.213.23.51.73.523.33.02.92.9103.42.93.13.7203.03.72.91.8502.83.83.92.0甲苯巴比妥0.13~500.99814303.43.63.13.812.82.93.72.823.93.43.02.5103.13.53.82.9202.92.83.53.5502.92.72.83.8二甲苯巴比妥0.15~500.99884903.33.02.91.914.13.82.41.923.72.93.73.3104.03.83.01.8203.83.22.82.2503.53.53.52.0表4-2电子烟中6种巴比妥类物质在三种监测模式下的线性范围、检测限和精密度监测模式分析物线性围/μg/mLrLOD/ng/mL添加浓度/μg/mLRSD/%，n=5MRE/%，n=5日内日间日内日间MRM巴比妥0.02~500.9986503.13.53.02.613.53.43.53.724.13.53.33.2103.42.92.73.8203.53.03.72.9503.03.63.43.8苯巴比妥0.07~500.99882403.82.63.23.513.33.93.33.023.73.13.42.9102.92.73.03.7203.62.92.83.8504.03.23.54.1甲苯巴比妥0.2~500.9979503.62.94.03.714.03.22.93.322.82.82.73.0103.03.03.92.8202.93.43.33.4503.32.93.62.9二甲苯巴比妥0.05~500.99831803.13.33.53.512.83.03.43.623.63.42.82.9104.0.3.73.93.4202.72.83.13.5503.23.22.92.8图4-2实际样品的MRM色谱图（A为电子烟样本，B为烟草样本）图4-5分子结构图（A为甲苯巴比妥，B为二甲苯巴比妥）5结论由于，二甲苯巴比妥是不法分子对已经被列管制的甲苯巴比妥进行化学结构修饰后得到的类似物，其一样具有成瘾性，但却可以逃避毒品打击，极易被不法分子用于非法添加于烟草和电子烟中，据此犯罪情形，迫切需要研究出有效的检测方法对二甲苯巴比妥进行检测分析。本研究使用了气相色谱—三重四极杆串联质谱仪对电子烟和烟草中4种巴比妥类物质进行混合检测。分别使用全扫描、选择离子监测以及多重反应监测等三种模式进行分析检测，通过色谱分离条件和质谱特征离子、离子对筛选等手段，不断改进检测方法，提高检测准确度和灵敏度。本研究结果呈现出高灵敏度、强重现性等优势特点，协助搭建烟草和电子烟中的巴比妥类物质检测体系，在公安犯罪打击、实战检验应用中可以发挥出良好的成效和助力，有可能成为公安机关检验分析巴比妥类物质有力工具。参考文献朱瑞琴．基于LC-MS/MS技术研究急性巴比妥类药毒物中毒对神经化学物质水平的影响[D]．华中科技大学，2022．闻武，李彭，郑晓雨，等．疑似毒品烟丝和烟油中检出新型合成大麻素ADB-BUTINACA[J]．中国法医学杂志，2021，36（05）：474-476．殷勤红，申晨，杨黎华，等．电子烟有毒有害成分检验技术研究进展[J]．中国药物依赖性杂志，2025．何梦韩，杨华．色谱法在巴比妥类药物含量测定中的研究进展[J]．现代农业科技，2017，（18）：233-235．陈素青，崔艳英，邱毅，等．巴比妥类药物依赖性试验动物模型的建立[J]．中国药物依赖性杂志，2012，21（04）：264-269+277．莫静．在线固相萃取/液相色谱—三重串联四级杆质谱法在三类药物中的应用研究[D]．广西大学，2018．杨双艳，周瑾，沈彦文，等．基于近红外光谱技术的电子烟油烟碱含量快速检测研究[J]．分析测试学报，2020，39（11）：1411-1415．AlmazroueiE.Saeed，BintamimA.Ali，KhalilS.EldinA，etal.