質(zhì)量平衡法測定鹽酸海洛因純度

蘇福海，韋棋

(中國計量科學研究院，北京 100029)

在毒品問題全球化的大背景下，我國毒品形勢相應(yīng)嚴峻復(fù)雜。境外毒品滲透不斷加劇，國內(nèi)制毒案件多發(fā)，毒品濫用有蔓延趨勢，社會危害相當嚴重。甲基苯丙胺、海洛因等是我國最常見的毒品類型，每年的繳獲量占我國毒品總繳獲量的90%以上［1］。海洛因系嗎啡類毒品總稱，是以嗎啡生物堿作為合成起點得到的半合成毒品，俗稱幾號、白粉、白面。甲基苯丙胺及海洛因類毒品占據(jù)了世界毒品總繳獲量的巨大份額［2］。

目前，我國相關(guān)物證鑒定與檢測機構(gòu)對于違禁藥物成分的測定進行了大量的工作，采用的檢測方法主要有熒光法［3-4］、光譜法［5］、氣相色譜法［6］、液相相色譜-質(zhì)譜法［7-11］、氣相色譜-質(zhì)譜法［12］等。由于相關(guān)標準物質(zhì)匱乏，目前這些方法的檢測結(jié)果無法得到有效的溯源，其可靠性得不到保障。筆者對鹽酸海洛因的純度測量方法進行研究，其成果用于相關(guān)標準物質(zhì)的研制，填補我國國內(nèi)該類標準物質(zhì)的空白，打破國外的封鎖。為我國法庭科學領(lǐng)域違禁藥物成分檢測溯源體系的建立與完善，提供技術(shù)支撐和物質(zhì)保證。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜儀：Agilent 1200 型，配二極管陣列檢器，安捷倫科技(中國)有限公司。

氣相色譜儀：Agilent 6890N 型，配FID 檢測器，安捷倫科技(中國)有限公司。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：Agilent 7500 型，安捷倫科技(中國)有限公司。

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀：Agilent LC-MS／MS 6410 型，安捷倫科技(中國)有限公司。

紅外光譜儀：AVATAR 330FT-IR 型，美國熱電公司。

離子色譜儀：Dionex ICS-5000 型，美國戴安公司。

鹽酸海洛因樣品：公安部物證鑒定中心提供，經(jīng)真空包裝密封儲存于保干器中，于4℃冰箱中冷藏。

甲醇：色譜純，純度大于99.8%，德國默克公司。

鹽酸海洛因樣品溶液：0.3 mg／mL，稱取鹽酸海洛因樣品適量（精確至0.1 mg），用甲醇溶解稀釋并定容。

磷酸緩沖液：分別用高純水配制10 mmoL／L的磷酸二氫鉀溶液400 mL，10 mmoL／L 磷酸氫二鉀溶液500 mL，混合均勻，pH 約為7.15，超聲3 min。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料定性分析

（1）高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法。高效液相色譜儀工作條件如下。

色 譜 柱：XTerra RP18 柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相：乙腈-磷酸緩沖液（23∶77）；等度洗脫；流動相流量：1.0 mL／min；進樣體積：10 μL；檢測波長：210 nm；記錄時間：40 min。

（2）紅外光譜法［13］。

采用KBr 壓片液膜法，波數(shù)范圍為：370～7 500 cm-1；分辨率為：0.4 cm-1；采樣速率為：80 張／秒。

（3）核磁共振光譜法［14］。

核磁管內(nèi)徑：5 mm；試樣質(zhì)量：10 mg；溶劑：氘代甲醇（其核磁信號與待測溶劑信號響應(yīng)在同一動態(tài)水平）；脈沖角度：30°；脈沖延遲：30 s。

（4）離子色譜法。色譜條件如下［15］。

色譜柱：AS11-HC 陰離子交換柱(250 mm×4 μm)；梯 度 淋 洗：0～15 min（5.0 mmol／L KOH溶 液）；15～25 min（50 mmol／L KOH 溶 液）；25～30 min（5.0 mmol／L KOH 溶 液）；流 量：1.0 mL／min；進樣體積：100 μL；電流：124 mA。

1.2.2 純度分析

（1）氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析雜質(zhì)。氣相色譜儀工作條件如下。

色譜柱：ZB-1 毛細管柱(30 m×0.32 mm，0.25 μm)；進樣體積：1 μL；載氣：氦氣，流量為1.0 mL／min，分流比：20∶1；進樣口溫度：180℃；檢測器溫度：280℃；柱溫：150 ℃(保持1 min)，以10℃／min 速率升至240 ℃，再以30 ℃／min 速率升至280 ℃(保持5 min)。

（2）鹽酸海洛因純度定值。參照國際上高純有機化合物標準物質(zhì)的定值方案［10-12］，使用基于高效液相色譜的質(zhì)量平衡法和基于氣相色譜的質(zhì)量平衡法兩種方法定值，計算公式見式(1)。其純度值WA取兩種分析方法的算術(shù)平均值。

WW——水分含量。

WOS——揮發(fā)性有機溶劑的含量。

WNV——不揮發(fā)性無機雜質(zhì)的含量。樣品中水分采用卡爾費休庫侖法［16］進行測定，揮發(fā)性有機溶劑采用氣相色譜法（頂空）［17］進行測定，不揮發(fā)性雜質(zhì)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法［18］進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析條件優(yōu)化

采用高效液相色譜二極管陣列檢測法（HPLCDAD）和氣相色譜法測定主成分的純度。通過選擇不同的色譜柱、流動相、定值波長，對流動相比例進行優(yōu)化，使主成分峰與雜質(zhì)峰完全分離。試驗結(jié)果表明，在190～500 nm 范圍內(nèi)，鹽酸海洛因及樣品中的雜質(zhì)在210 nm 處均有吸收，且主要雜質(zhì)在210 nm 吸收較強，故選擇檢測波長為210 nm。由于檢測波長接近200 nm，而甲醇在該波長下有較強吸收，故選用乙腈作為流動相。通過優(yōu)化流動相配比、選擇緩沖液并通過調(diào)節(jié)緩沖液的pH 值優(yōu)化鹽酸海洛因的色譜峰形及其分離度，最終確認液相色譜分析條件。氣相色譜分析主要進行進樣口溫度及升溫程序的優(yōu)化。在樣品不分解的情況下，應(yīng)最大限度地提高樣品和雜質(zhì)在色譜上的分離度。對儀器進樣口溫度進行調(diào)節(jié)，試驗結(jié)果表明，隨著進樣口溫度的升高，在溫度達到230℃時，鹽酸海洛因會分解產(chǎn)生單乙酰嗎啡，單乙酰嗎啡含量可增大至2%。為了防止樣品高溫下分解，進樣口溫度設(shè)定為180℃。調(diào)整檢測器溫度以提高檢測的靈敏度，最終確認氣相色譜法的分析條件。

2.2 鹽酸海洛因定性結(jié)果

2.2.1 高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法

圖1、圖2 分別為鹽酸海洛因樣品的液相色譜圖、質(zhì)譜圖。由圖2 可知，鹽酸海洛因樣品的準分子離子峰［M+H］+為m／z 370.20，與鹽酸海洛因的相對分子質(zhì)量369.4 接近。準分子離子峰［M+H］+的m／z 370.20 與相鄰峰m／z 328.20 相差42，丟失的碎片是CH3CO。

圖1 鹽酸海洛因樣品的液相色譜圖

圖2 鹽酸海洛因樣品的質(zhì)譜圖

2.2.2 紅外光譜法

鹽酸海洛因樣品的紅外光譜圖如圖3 所示。經(jīng)比對，樣品的紅外光譜圖與鹽酸海洛因標準紅外譜圖完全一致。

圖3 鹽酸海洛因樣品的紅外光譜圖

2.2.3 核磁共振光譜法

將鹽酸海洛因樣品溶于氘代甲醇，利用600M核磁共振光譜儀對鹽酸鹽酸海洛因進行結(jié)構(gòu)確證，核磁譜圖中各個化學位移的歸屬完全符合該結(jié)構(gòu)特征，確認了鹽酸海洛因的分子結(jié)構(gòu)。

2.2.4 離子色譜法

采用離子色譜檢測鹽酸海洛因樣品中的陰離子，樣品色譜圖中出現(xiàn)與氯離子一致的色譜峰，定量結(jié)果表明氯離子含量與理論值基本一致。表明海洛因原料中含有鹽酸。

2.3 雜質(zhì)分析

2.3.1 氣相色譜-質(zhì)譜法測定主要雜質(zhì)

圖4 是鹽酸海洛因樣品的總離子流色譜圖。從圖4 中可以得知，鹽酸海洛因樣品中存在一種主要雜質(zhì)，經(jīng)過質(zhì)譜圖庫檢索，確認該雜質(zhì)為6-單乙酰嗎啡，是海洛因的一種重要代謝產(chǎn)物。圖5 是6-單乙酰嗎啡的質(zhì)譜圖。

圖4 鹽酸海洛因樣品的總離子流圖

圖5 單乙酰嗎啡質(zhì)譜圖

2.3.2 水分及無機元素雜質(zhì)分析

由于環(huán)境中的水分很容易與樣品接觸，引起水分測定結(jié)果的偏差，因此在水分測定之前，需將樣品在放置有無水硫酸鈉的干燥器中常溫干燥24 h 后進行測量，每次取樣量為4～5 mg，采用卡爾費休法測定，水分的測定結(jié)果為4.452%（鹽酸海洛因結(jié)晶體中含有的結(jié)晶水）。

無機雜質(zhì)分析方法依據(jù)是DZ／T 0223-2001《電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法通則》，以鹽酸海洛因質(zhì)量濃度為1.0 mg／mL 的甲醇溶液直接測量，測定結(jié)果換算為純品中金屬離子的總量。

2.4 鹽酸海洛因純度測定結(jié)果

目前，純度標準物質(zhì)的定值方法主要有質(zhì)量平衡法、示差量熱掃描法和定量核磁法等［19-21］。筆者采用高效液相色譜法、氣相色譜法對鹽酸海洛因的純度進行測定。液相色譜定值方法為面積歸一化法。從全部樣品中隨機抽取9 個包裝，從每個包裝中任意取出1～2 個子樣，用液相色譜法測量純度，將測得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，檢驗結(jié)果符合正態(tài)分布后，計算平均值及標準偏差，估算不確定度。利用氣相色譜法測量時同樣抽取9 個包裝，從每個包裝中任意取出1～2 個子樣測量純度，測得的數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗符合正態(tài)分布后，用于計算平均值及標準偏差，估算不確定度。

分別用液相色譜法和氣相色譜法進行測定，對雜質(zhì)含量進行相應(yīng)扣除，按式(2)計算鹽酸海洛因的純度：

表1 中數(shù)據(jù)為鹽酸海洛因純度測定數(shù)據(jù)［校正值采用公式(2)進行計算］。利用表1 中數(shù)據(jù)計算鹽酸海洛因的純度結(jié)果為95.1%。

表1 鹽酸海洛因純度測定結(jié)果 %

2.5 測量不確定度評定

2.5.1 分析方法引入的不確定度

根據(jù)式(1)、式(2)，得到鹽酸海洛因純度測量不確定度u 的計算公式：

uW——水分測定引入的測量不確定度。

（1）高效液相色譜法定值不確定度評定。高效液相色譜法定值不確定度主要由以下3 部分組成：

①測量重復(fù)性引入的A 類不確定度。由儀器穩(wěn)定性、色譜峰面積測量重復(fù)性、色譜進樣體積的差異等引入，體現(xiàn)在測量重復(fù)性中，以多次測量結(jié)果的相對標準偏差表示，即u1=0.01%。

②主成分和雜質(zhì)的響應(yīng)因子引入的不確定度。不同檢測波長下，各組分響應(yīng)差異對定值結(jié)果引入的不確定度u2。由于各個化合物均在測量波長210 nm 下有最大吸收，因此響應(yīng)因子引入的不確定度可以忽略。

③儀器非線性響應(yīng)引入的不確定度。改變進樣體積進行試驗，對進樣體積與色譜峰面積進行線性回歸，相關(guān)系數(shù)大于0.99，表明線性關(guān)系良好。分析過程均在儀器檢測線性范圍內(nèi)進行，故該部分不確定度可以忽略不計。

合成標準不確定度uLC=u1=0.01%。

（2）氣相色譜法測量不確定度。氣相色譜法定值不確定度主要由以下3 部分組成：

①氣相色譜法測量重復(fù)性引入的A 類不確定度u1’。以面積歸一化方法，樣品溶液濃度和進樣體積的變化等引入的不確定度均體現(xiàn)在測量重復(fù)性中，由多次測量結(jié)果的相對標準偏差表示，即u1’=0.013%。

②校正因子產(chǎn)生的B 類不確定度u2’。測定結(jié)果顯示海洛因中雜質(zhì)含量約為0.64%，在純度測量時，由于海洛因和雜質(zhì)在選擇的氣相色譜法測量條件下靈敏度不同，對雜質(zhì)測量帶來的誤差估計為50%，對主成分純度測量帶來的誤差即0.32%。采用面積歸一法時，溶液配制、溶液濃度的變化、進樣體積的改變等因素對測量結(jié)果造成的誤差大部分可以相互抵消。另外，在選定的色譜條件下，低于檢測限（0.01%）的雜質(zhì)可以忽略不計，可以估算得氣相色譜測量的B 類標準不確定度u2’=0.32%。

③非線性響應(yīng)引入的不確定度u3’。由于鹽酸海洛因的純度定值方法所確定的進樣量均在FID檢測器的檢測線性范圍內(nèi)，故該部分不確定度忽略不計。

故氣相色譜定值不確定度：

（3）方法差異引入的不確定度。高效液相色譜和氣相色譜兩種不同方法測定結(jié)果的差異引入的不確定度，采用方差分析（F 檢驗法）計算［22］，計算結(jié)果為uR=0.063%。

（4）水分測量的不確定度。水分測量引入的不確定度主要是儀器測量重復(fù)性引入的A 類不確定度urel，2。采用卡爾費休法測量水分結(jié)果為4.452%，相對標準偏差為2.29%，則水分測定標準不確定度：uW=urel，2·WW=0.001%。

將以上4 項合成，得鹽酸海洛因純度分析結(jié)果為95.1%，標準不確定度u=0.32%。

3 結(jié)語

鹽酸海洛因樣品經(jīng)過質(zhì)譜、核磁以及離子色譜定性分析后，進行水分、雜質(zhì)含量分析，利用基于色譜法的質(zhì)量平衡法對鹽酸海洛因原料純度進行定值，對定值結(jié)果進行了不確定評估。該技術(shù)可用于鹽酸海洛因純度標準物質(zhì)的研制，對于保證檢測實驗室測量結(jié)果的準確可靠與互認具有重要意義。