CN106053426A

CN106053426A - 基于表面增强拉曼光谱技术检测人体体液中毒品的方法

Info

Publication number: CN106053426A
Application number: CN201610317610.3A
Authority: CN
Inventors: 杨良保; 孟娟; 刘锦淮
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: CN106053426B

Abstract

本发明涉及基于表面增强拉曼光谱技术检测人体体液毒品的方法，包括硅片清洗、合成具有SERS活性的金纳米溶胶；将金纳米溶胶与表面活性剂进行混合、将自组装金纳米溶胶材料滴在硅片上，干燥后得SERS基底；取人体体液，向其中加入试剂一有机溶液，混均后离心，取上层清液；向上层清液中加入试剂二碱溶液，摇匀后再加入试剂三有机萃取剂，震荡萃取、离心其有机层溶液滴加到SERS基底上，利用拉曼光谱仪进行SERS检测。本发明通过对人体体液中毒品的前处理，采用自组装金纳米溶胶材料对尿液、血液、唾液中的毒品进行快速检测，避免其他杂质的影响，并适用于现场毒品的检测。

Description

基于表面增强拉曼光谱技术检测人体体液中毒品的方法

技术领域

本发明涉及一种毒品检测方法，具体涉及一种基于表面增强拉曼光谱技术（SERS）检测人体体液中毒品的方法。

背景技术

根据《中华人民共和国刑法》第357条规定，毒品是指鸦片、海洛因、甲基苯丙胺（冰毒）、吗啡、大麻、可卡因以及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。人一旦吸食毒品，就会产生身心依赖性，一旦停用就会出现不安、焦虑、忽冷忽热、起鸡皮疙瘩、流泪、流涕、出汗、恶心、呕吐、腹痛、腹泻等。毒品严重危害了人类的家庭，破坏社会生产力，扰乱了社会的治安，因此对毒品的快速及准确的检测对打击毒品犯罪有着重要的意义。

1974 年，一个偶然的机会， Fleischmann等人对银电极表面用电化学方法进行粗糙化处理后，用拉曼光谱仪对其进行表征时获得了吸附在粗糙银电极表面吡啶分子的高质量拉曼谱图，最初这一现象并没有被特别重视。1977年，Van Duyne 等人对这一现象进行了分析，指出这是一种与粗糙化的表面存在某种必然关系的增强效应，这种效应之后被称为表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）效应或表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)技术。SERS自发现以来因其高灵敏性、无损伤、指纹特征、检测速度快等优势，常被作为一种很有前景的光谱工具。

常见的毒品检测方法一般检测成本高、耗时长、需要专业的人员，SERS技术的出现可以弥补上述方法的不足。对常见的生物检材包括尿样、血液、唾液进行毒品定性分析是目前较常用的方法。其中唾液中含的杂质较少，是鉴定毒品较为常用的检材；另外，毒品进入人体经肝脏进行代谢，以原体及其代谢物排出体外，尿液、血液中含有原药以及代谢产物，可以作为鉴定滥用者的凭证。药物的排泄速度随给药方式不同而有差异，一般在24 h 内都可以达到最高浓度。因此，我们结合SERS技术实现了对人体尿样、血液、唾液中毒品进行快速检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快速的基于SERS技术对人体体液中毒品的检测方法，首先要避免体液中其他杂质的干扰，同时要解决怎么样对尿液、血液、唾液中可毒品进行提纯及富集，其次也需要设计合适的SERS基底提高检测的灵敏度、重复性、稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

基于表面增强拉曼光谱技术检测人体体液毒品的方法，该方法包括以下步骤：

（1）准备一片硅片，清洗干净后备用；

（2）合成具有SERS活性的金纳米溶胶；

（3）将金纳米溶胶与表面活性剂进行混合，然后对混合物进行离心清洗，得自组装金纳米溶胶材料；

（4）将自组装金纳米溶胶材料滴在经步骤（1）处理后的硅片上，干燥后得SERS基底；

（5）取人体体液，向其中加入试剂一有机溶液，混均后离心，取上层清液；

（6）向上层清液中加入试剂二碱溶液，摇匀后再加入试剂三有机萃取剂，震荡萃取；

（7）将萃取液离心后，取其有机层溶液；

（8）将有机层溶液滴加到步骤（4）中的SERS基底上，利用拉曼光谱仪进行SERS检测。

进一步方案，所述步骤（1）中硅片是指经新鲜王水浸泡至少2 h后洗净，再用食人鱼洗液浸泡1 h去除表面的有机物，然后用大量的超纯水清洗并用氮气吹干，备用。

上述食人鱼洗液是指浓硫酸和双氧水按体积比为3：1配置而成。

进一步方案，所述步骤（2）中金纳米溶胶的合成方法为：把柠檬酸钠溶液加入到蒸馏水中，煮沸后，加入氯金酸溶液作为还原剂，得到了金纳米种子；然后将反应温度降至90℃，再分别加入柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液，得到更大尺寸的金纳米溶胶颗粒。

进一步方案，所述步骤（3）中表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或聚乙烯吡络烷酮中的一种或两种。

进一步方案，所述步骤（5）中人体体液为尿液、血清或唾液；所述试剂一有机溶液为醇类或酮类中的一种；所述试剂一的加入量为每0.8 mL人体体液中加入0.2 -0.6 mL。其中醇类包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇等，酮类包括丙酮、甲基乙基酮等。

进一步方案，所述血清是经血液静置凝固后取其上层清液获得。

进一步方案，所述步骤（6）中上层清液每1 mL分别加入试剂二为10-100 μL、试剂三为50-100 μL；

所述试剂二碱溶液为强碱溶液、强碱弱酸盐、弱碱性溶液中的一种；强碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等、强碱弱酸盐包括磷酸盐、碳酸盐缓冲液等、弱碱性溶液如氨水。

所述试剂三有机萃取剂选自脂肪烃类、脂环烃类、氯化烃类、醚类、脂类中的一种。其中脂肪烃类包括戊烷、己烷、辛烷等、脂环烃类如环己烷、氯化烃类包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯等、醚类包括乙醚、环氧丙烷等、脂类包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯等。

进一步方案，所述步骤（8）中拉曼光谱仪激发光波长为633 nm。

进一步方案，所述人体体液中毒品包括苯丙胺类（包括苯丙胺、甲基苯丙胺、3,4-亚甲基二氧基苯丙胺、3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺、甲卡西酮等）、可卡因（包括可卡因游离碱、盐酸可卡因等）、吗啡类（包括盐酸二乙酰吗啡、二甲基化吗啡或其他吗啡类衍生物）、可待因、盐酸罂栗碱、巴比妥类、大麻、四氢大麻酚、那可汀、咖啡因、盐酸氯胺酮、杜冷丁、美沙酮、氯氮平、地芬诺酯、咖啡因、丁卡因、安定、去甲羟基安定、舒乐安定、利眠宁、阿普唑仓、三唑仓、劳拉西泮或芬氟拉明。

本发明利用SERS检测处理后的人体尿液、血液、唾液中毒品，其科学原理分析为：

一：加入表面活性剂的金纳米溶胶，表面活性剂会包裹在金颗粒的周围，纳米颗粒在硅片上自然干燥后，由于表面活性剂的作用会纳米颗粒在硅片上自组装成单层分布且颗粒之间会形成 2 nm “间隙”，从而产生均匀的、高活性SERS“热点”。

二、由于人体尿液、血清中含有大量的蛋白质，而唾液中含有蛋白质相对较少，蛋白质的存在会干扰我们对毒品的检测。我们利用与水互溶的有机溶剂能使蛋白质在水中的溶解度显著降低的特性，所以通过加入醇类或酮类来分离蛋白质。另外，由于毒品在中碱性的条件下最稳定，所以我们通过加入试剂二调节体液中酸碱性。最后，所选毒品都是易溶于氯仿、乙醚、己烷等有机溶剂，而且我们所选的有机萃取剂和纯化蛋白所需的有机溶剂是可以通过离心分层的，离心后我们取相应的有机萃取相就可以达到分离、提纯和富集的目的。

本发明的合成不同粒径大小的具有SERS活性的金纳米溶胶的方法具体可参照，Neus G. Bastus. Kinetically Controlled Seeded Growth Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles of up to 200 nm: Size Focusing versus OstwaldRipening, Langmuir,27(2011)11098-11105。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的SERS基底由于是均匀的、单层排布的且具有2 nm的“间隙”金纳米颗粒，从而具有较高的灵敏性、重复性。而且金纳米颗粒是包裹在表面活性剂中，具有较高的稳定性，可以储存约6个月。

（2）本发明的生物检材种类多，包括尿液、血液、唾液三种，可以满足实际检测检材差异的需要，适用范围广。

（3）通过向人体体液中加入三种试剂就可以把其中的毒品分离和提纯出来，可以避免其他杂质的影响。

（4）本发明的纯化过程速度快，体液的处理过程约5-10分钟就可以完成，该过程方便、快速，适用于现场毒品的检测。

（5）本发明对人体体液中毒品检测的具有较高的灵敏性、重复性、稳定性，对各种毒品的检出限均在100 ppb之下，符合实际检测标准。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例1中自组装金纳米溶胶材料的场发射透射扫描电子显微镜（TEM）图片。

图2中A是对尿液中不同浓度盐酸可卡因进行SERS检测的光谱图；B是在1000 cm^-1处尿样中不同浓度的可卡因的SERS强度随浓度的变化关系。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

以下实施例中所使用的金纳米溶胶均是通过以下方法合成得到的：把柠檬酸钠溶液加入到蒸馏水中，煮沸后，加入氯金酸溶液作为还原剂，得到了金纳米种子；然后将反应温度降至90 ℃，再分别加入柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液，得到更大尺寸的金纳米溶胶颗粒。

实施例1

（1）将硅片依次经过王水、食人鱼洗液的浸泡处理后，再用大量的超纯水洗净后，用氮气吹干制得干净的硅片；

（2）先将粒径为30 nm的金纳米溶胶中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心去除多余的表面活性剂，得自组装金纳米溶胶材料；

（3）将自组装金纳米溶胶材料滴到经（1）处理后的硅片上，待其自然干燥后得SERS基底；

（4）取含毒品的尿样0.8 mL于1.5 mL离心管中，并向尿样中加入甲醇

300 μL，摇均；

（5）离心2 min 后取上层清液1 mL于另一干净的离心管中；

（6）向上述离心管中加入氢氧化钠30 μL，再加入有机萃取剂环己烷0.1 mL，

然后对其震荡萃取；

（7）对萃取液进行离心2 min后，取其有机层溶液；

（8）取10 μL有机层溶液滴加到步骤（3）中制备的SERS基底上，约15 s有机相就可以完全挥发，利用拉曼光谱仪对其进行SERS检测并记录SERS强度，重复测试八次，再将测得的各SERS强度代入线性曲线，与标准样品对照来确定毒品的类别和浓度。

本实施例中自组装金纳米溶胶材料的场发射透射扫描电子显微镜（TEM）图片如图1所示，从TEM图片中可以看出，金纳米粒子呈类球型，且纳米粒子呈单层排列，可以明显看到纳米粒子之间的间隙。

实施例2

（2）先将粒径为40 nm的金纳米溶胶中加入十六烷基三甲基氯化铵溶液，离心去除多余的表面活性剂，得自组装金纳米溶胶材料；

（4）取含毒品的唾液0.8 mL于1.5 mL离心管中，并向唾液中加入乙醇

200 μL，摇均；

（5）离心2 min 后取上层清液1 mL于另一干净的离心管中；

（6）向上述离心管中加入氨水100 μL，再加入有机萃取剂己烷80 μL，然后

对其震荡萃取；

（7）对萃取液进行离心2 min后，取其有机层溶液；

（8）取10 μL有机层溶液滴加到步骤（3）中制备的SERS基底上，利用拉曼光谱仪对其进行SERS检测并记录SERS强度，重复测试八次，再将测得的各SERS强度代入线性曲线，与标准样品对照来确定毒品的类别和浓度。

实施例3

（2）先将粒径为50 nm的金纳米溶胶中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心去除多余的表面活性剂，得自组装金纳米溶胶材料；

（4）取含毒品的血清0.8 mL于1.5 mL离心管中，并向血清中加入丙酮

600 μL，摇均；

（5）离心2 min 后取上层清液1 mL于另一干净的离心管中。

（6）向上述离心管中加入氢氧化钾50 μL，再加入有机萃取剂乙醚100 μL，然后对其震荡萃取；

（7）对萃取液进行离心2 min后，取其有机层溶液；

实施例4

分别配制浓度为50ppm、40ppm、30ppm、20ppm和10ppm的盐酸可卡因各0.4mL于1 mL离心管中，然后向每个离心管分别加入尿样0.4mL，按照实施例1进行预处理，然后得到每个浓度下的SERS光谱，如图2中A所示。然后以1000 cm^-1强度对应尿样中盐酸可卡因的浓度进行线性回归，得到线性回归方程如图2中B所示。从图2中A可以看出每个浓度下盐酸可卡因的SERS的指纹峰都清晰可见，信号强度较好。从图2中B得到的强度I₁₀₀₀= 99.54 * C_coc+107.27，相关系数达到0.9897。

在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均仍在本发明的技术方案的范围内且属于要求保护的本发明的范围。

Claims

1.基于表面增强拉曼光谱技术检测人体体液毒品的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）准备一片硅片，清洗干净后备用；

（2）合成具有SERS活性的金纳米溶胶；

（7）对萃取液进行离心后，取其有机层溶液；

2.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中硅片是指先经新鲜王水浸泡至少2 h后洗净，再用食人鱼洗液浸泡1 h去除表面的有机物，然后用大量的超纯水清洗后用氮气吹干，备用。

3.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中金纳米溶胶的合成方法为：把柠檬酸钠溶液加入到蒸馏水中，煮沸后，加入氯金酸溶液作为还原剂，得到了金纳米种子；然后将反应温度降至90 ℃，再分别加入柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液，得到更大尺寸的金纳米溶胶颗粒。

4.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或聚乙烯吡络烷酮中的一种或两种。

5.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）中人体体液为尿液、血清或唾液；所述试剂一有机溶液为醇类或酮类中的一种；所述试剂一的加入量为每0.8 mL人体体液中加入0.2 -0.6 mL。

6.根据权利要求 5所述的方法，其特征在于：所述血清是经血液静置凝固后取其上层清液获得。

7.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：所述步骤（6）中上层清液每1 mL分别加入试剂二为10-100 μL、试剂三为50-100 μL；

所述试剂二碱溶液为强碱溶液、强碱弱酸盐、弱碱性溶液中的一种；

所述试剂三有机萃取剂选自脂肪烃类、脂环烃类、氯化烃类、醚类、脂类中的一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（8）中拉曼光谱仪的激发光波长为633 nm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述人体体液中毒品包括苯丙胺类、可卡因、吗啡类、可待因、盐酸罂栗碱、巴比妥类、大麻、四氢大麻酚、那可汀、咖啡因、盐酸氯胺酮、杜冷丁、美沙酮、氯氮平、地芬诺酯、咖啡因、丁卡因、安定、去甲羟基安定、舒乐安定、利眠宁、阿普唑仓、三唑仓、劳拉西泮或芬氟拉明。