功能材料

基于纤维素基固相萃取材料分析尿液中的苯丙胺毒品

罗 竞1,2，王璐颖1，刘以凡1，林春香1*

（1.福州大学 环境与安全工程学院，福建 福州 350108；2.福建省华厦能源设计研究院有限公司，福建 福州 350003）

摘要：对纤维素进行酸酐改性，制备了纤维素基萃取材料（Cell-COOH），用于尿液中苯丙胺的富集，并建立了基于该材料的固相萃取-高效液相色谱联用技术，用于尿液中苯丙胺的测定。采用FTIR、XRD、SEM、XPS 对Cell-COOH 结构进行了表征；优化了固相萃取条件，并对其特异性、抗干扰能力、可重复利用性及方法的可行性进行了测试和验证。结果表明，Cell-COOH 表面含有羧基官能团，对苯丙胺具有较好的吸附能力；在其他滥用药物和共存离子的干扰下，该法表现出良好的特异性和抗干扰能力，在第7 次使用时萃取回收率仍保持在92%以上。在pH 为8，萃取剂Cell-COOH 用量为0.50 g/L，萃取时间为30 min，洗脱剂为体积分数0.8%的盐酸、洗脱剂用量为0.08 L/g（萃取剂）、洗脱时间为20 min 的最佳条件下，该法的线性范围为0.01～2.00 mg/L（R2=0.9973），检出限为2.5 μg/L，定量限为8.0 μg/L。使用Cell-COOH 对实际尿液中的苯丙胺进行了萃取，其萃取回收率为74.41%～82.14%，相对标准偏差（n=3）为2.32%～6.85%。

关键词：纤维素；苯丙胺；固相萃取；高效液相色谱法；功能材料

中图分类号：O658.2；R446.12

文献标识码：A

文章编号：1003-5214 (2023) 11-2366-10

收稿日期：2023-03-13; 定用日期：2023-06-21;

DOI: 10.13550/j.jxhg.20230201

基金项目：国家自然科学基金项目（22208057）；福建省自然科学基金项目（2020J01506）

作者简介：罗 竞（1990—），男，硕士，高级工程师，E-mail：351823675@qq.com。联系人：林春香（1982—），女，博士，教授，E-mail：lcx2010@fzu.edu.cn。

Analysis of amphetamine in urine by cellulose-based solid phase extraction material

LUO Jing1,2, WANG Luying1, LIU Yifan1, LIN Chunxiang1*
（1.College of Environmental & Safety Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, Fujian, China; 2.Fujian Huaxia Energy Design and Research Institute Co., Ltd., Fuzhou 350003, Fujian, China）

Abstract: Cellulose-based extraction material (Cell-COOH) was prepared from cellulose modification with acid anhydride for amphetamine enrichment in urine, and characterized by FTIR, XRD, SEM and XPS.A solid-phase extraction technique coupled with high performance liquid chromatography based on Cell-COOH was established for the determination of amphetamine in urine.The solid-phase extraction conditions were then optimized, while the interference resistance and reusability of Cell-COOH were evaluated and the feasibility of this technique was verified.The results showed that the surface of Cell-COOH contained carboxyl functional group with good adsorption to amphetamine.The method showed good specificity and anti-interference ability under the interference of other abused drugs and urine co-existing ions, and the extraction efficiency could remain above 92% when used for the seventh time.Under the optimal extraction conditions of pH=8, extractant dosage 0.50 g/L, extraction time 30 min, eluent of 0.8% (volume fraction)hydrochloric acid, eluent dosage 0.08 L/g, elution time 20 min, the linear range of the method was among 0.01～2.00 mg/L (R2=0.9973), and the limit of detection was 2.5 μg/L with the quantification limit of 8.0 μg/L.The extraction recovery of amphetamine could reach 74.41%～82.14% when using Cell-COOH as solid phase extractant in actual urine, with the relative deviation (n=3) of 2.32%～6.85%.

book=2367,ebook=59

Key words: cellulose; amphetamine; solid phase extraction; high performance liquid chromatography;functional materials

苯丙胺（AMP）是一类人工合成的有机胺类化合物，是一种强大的中枢神经系统兴奋剂[1]。近年来，苯丙胺的滥用在世界范围内呈上升趋势，已成为一个全球性的问题[2]。这类药物对人体精神和身体方面都有严重的损害，在国内已被列为违禁药物。因此，快速定性定量检测生物样品中的苯丙胺类药物，对药物滥用案件的鉴定及中毒病人抢救都具有重要的意义。

在各种生物样品中，尿液因易于大批量采集，且为非侵入性检测，常被用作毒品检测的生物样品。目前，对尿液样品中苯丙胺类药物的检测主要有免疫分析法[3]、高效液相色谱法（HPLC）[4]、气相色谱-质谱联用法（GC-MS）[5]以及液相色谱-质谱联用法（LC-MS/MS）[6]等。然而，尿液样品中毒品含量极低且基质复杂，干扰较大，传统色谱技术如HPLC很难满足分析要求，通常需要对样品进行前处理以保证分析结果的准确性。固相萃取是预浓缩/分离痕量目标分析物的最常用前处理技术之一[7-8]，其通过使用固相萃取材料对分析物的吸附作用，使其与样品的基体和干扰物分离并脱附，从而达到分离、富集分析物的目的，因其简单易操作、回收率高、快速等优点，显示出良好的应用前景[9]。许多吸附材料如活性炭[10]、碳纳米管[11]等都可用作固相萃取材料用于痕量物质的前处理中[12-15]。功能化纤维素作为一种绿色的生物吸附剂，因其环保、经济、可降解等优势，在固相萃取中得到了极大的关注和发展[16-21]。与其他常用萃取材料相比，纤维素具有价廉易得、安全环保且可再生等优势，且含有羧基基团的各种材料已被证明对苯丙胺具有良好的吸附富集效果[22-23]。因此，若能将羧基化改性后的纤维素用于尿液中苯丙胺毒品的萃取，可为毒品分析提供一种简单、快速、高效、绿色环保的样品前处理技术，促进分析技术的发展。

鉴于此，本文拟以纤维素为原料，采用均苯四甲酸酐（PMDA）对其进行改性，制备一种含多羧基的纤维素基萃取材料（Cell-COOH），将其作为萃取材料用于苯丙胺类毒品的富集，并建立以Cell-COOH 为萃取材料的固相萃取-高效液相色谱联用检测苯丙胺的方法。采用FTIR、XRD、SEM、XPS等对萃取材料进行表征，探索最优萃取条件，并将此法应用于实际尿液样品中。以期得到一种快速、简便的样品前处理方法，可为临床和刑事实验室对尿液样品中苯丙胺的测定提供一种新的分析方法。

1 实验部分

1.1 原料、试剂与仪器

纤维素粉（粒径 90 μm）、均苯四甲酸酐（PMDA）（质量分数99%）、磷酸二氢钾（色谱级）、(R)-(+)-1-苯丙胺（质量分数≥99%）、KCl（质量分数≥99%）、NaCl（质量分数30%）、NaNO3（AR）、MgCl2粉末（<200 μm）、CaCl2（质量分数96%）、NH4Cl（AR）、Na2CO3（质量分数≥99.5%）、FeSO4•7H2O（AR）、Fe2S3O12•xH2O（质量分数≥99%）、葡萄糖（质量分数≥96%）、尿素（AR）、抗坏血酸（VC，质量分数≥99%），上海阿拉丁生化科技有股份限公司；浓盐酸（质量分数36%～38%）、NaOH、N,N-二甲基甲酰胺（DMF），AR，国药集团化学试剂有限公司；甲醇、丙酮、乙腈，色谱纯，美国默克集团；超纯水，自制。

AVATAR 360 型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet 公司；Miniflex 600 型X 射线粉末衍射仪，日本理学株式会社；ESCALAB 250 型X 射线光电子能谱仪，美国Thermo Fisher Scientific 公司；230 型扫描电子显微镜，美国FEI 公司；STA6000 型自动进样同步热分析仪，美国PerkinElmer 公司；LC-20AT 型高效液相色谱仪，日本SHIMADZU 公司；HB digital 油浴锅，艾卡仪器设备有限公司；DW-HL100A1 型超低温冷冻储存箱，中科美菱低温科技股份有限公司；Lab-1A-50 型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司。

1.2 纤维素萃取材料（Cell-COOH）的制备

参考文献[24]方法制备并稍作改进，具体步骤为：将3 g PMDA 加入40 mL DMF 中，超声30 min使其充分溶解，溶解后转移至三口烧瓶中并加入1 g纤维素粉，置于115 ℃的油浴锅中，在转速300 r/min的条件下反应1.5 h。反应结束后，待其冷却至室温并抽滤，滤饼分别用超纯水、甲醇各洗涤3 次后，完全浸泡于浓度为1 mol/L 的HCl 溶液中24 h，然后用超纯水反复漂洗至中性，最后置于–80 ℃冰箱中预冷冻2 h，在–40 ℃的冷冻干燥机中干燥12 h得到白色粉末状物质Cell-COOH。

1.3 表征及性能测试

采用傅里叶变换红外光谱仪对产物结构进行表征，波数范围为600～4000 cm–1；采用XRD 对样品的晶型进行测试，工作电压为40 kV，工作电流为40 mA，扫描范围5°～60°，步长为0.02°，扫描速率为1 (°)/min；采用X 射线光电子能谱仪对材料进行表征；用扫描电子显微镜对材料进行微观形貌表征；用高效液相色谱仪测定溶液中苯丙胺含量，测试条件：C18 色谱柱（ZORBAX Eclipse Plus C18，美国安捷伦科技公司），流动相为10 mmol/L 的磷酸盐缓冲液（pH=4）-乙腈（体积比70∶30），等度洗脱，流速为1.0 mL/min，进样量为20 μL；检测波长为265 nm。

称取6 份50 mg Cell-COOH 分别在未处理、超纯水、浓度为0.1 mol/L NaOH 溶液（pH=13）、浓度为0.01 mol/L HCl 溶液（pH=2）、丙酮及甲醇中浸泡24 h，取出后于–40 ℃的冷冻干燥机干燥后用傅里叶变换红外光谱仪进行结构表征以评估材料的化学稳定性；采用自动进样同步热分析仪测试不同溶剂中浸泡的Cell-COOH 的热稳定性（工作条件为：氮气气氛、温度范围为25～600 ℃、升温速率为10 ℃/min）。

1.4 固相萃取实验

准确称取苯丙胺10 mg，用甲醇溶解并定容至50 mL 棕色容量瓶中，配成质量浓度为200 mg/L 苯丙胺标准储备溶液，使用超纯水将其稀释至质量浓度0.1 mg/L，于4 ℃保存，备用。

固相萃取过程示意图如图1 所示。

具体步骤为：将10 mg Cell-COOH 加入含有20 mL质量浓度为0.1 mg/L 苯丙胺溶液（pH=8）的离心管中，在25 ℃的恒温摇床中振荡萃取30 min，使用超高速离心机（1000 r/min）离心5 min 后，倒去上清液，分离后固体用1 mL体积分数为0.8%的HCl水溶液洗脱20 min。样品经过0.22 μm 滤膜过滤后用于HPLC 检测，并根据公式（1）计算萃取回收率（R）。

式中：ρ 为洗脱液中苯丙胺质量浓度，mg/L；V 为洗脱液体积，mL；ρ0 为萃取前苯丙胺的初始质量浓度，mg/L；V0 为初始溶液体积，mL。

1.5 特异性与抗干扰性测试

分别配制20 mL 含有5 mg/L 和50 mg/L 的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、NH4+、Cl–、CO32–、SO42–、NO3–、葡萄糖、尿素、抗坏血酸的苯丙胺溶液（0.1 mg/L），以及20 mL 含有0.1 mg/L 苯丙胺和其他滥用药物（对乙酰氨基酚、阿司咪唑、氟西汀、丁卡因、可替宁）的混合溶液，用浓度为0.1 mol/L 的NaOH 水溶液将上述溶液的pH 调至8，并加入10 mg Cell-COOH，在25 ℃的恒温摇床中振荡萃取30 min。固液分离后使用1 mL 质量分数为0.8%的HCl 水溶液对Cell-COOH 洗脱20 min。收集洗脱液，经0.22 μm滤膜过滤后，用于HPLC 检测。

1.6 样品处理方法

健康尿液由2 名志愿者提供。将尿液样本用超纯水稀释10 倍，并用浓度为0.1 mol/L 的NaOH 水溶液将pH 调至8，离心（1000 r/min）10 min 以分离样品中固体杂质，取上清液于干净离心管中，置于–10 ℃冰箱保存。

2 结果与讨论

2.1 纤维素基萃取材料的结构表征

纤维素大分子骨架上含有大量的羟基，可与PMDA 通过酯化反应引入羧基官能团，以增强纤维素材料对苯丙胺的吸附能力[23]。在酸酐改性过程中，PMDA 中的与纤维素上—OH 发生酯化反应生成Cell-COOH，—OCOCO—为材料引入羧基。随后，体系中的部分酸酐继续与纤维素上—OH 进行酯化反应，而成功接枝于Cell-COOH 上的—COOH 与纤维素上的—OH 继续反应，形成了一个网状结构[25]，其反应式如下所示。

采用FTIR、XRD 及XPS 对所制备的纤维素萃取材料Cell-COOH 的结构和组分进行表征，结果见图2。

图2a 为纤维素原料及萃取材料的红外谱图。可以看出，纤维素与PMDA 经过酯化反应后，在3335 cm–1处出现的对应于—OH 的特征峰强度有所减弱，且在1711 cm–1 处出现C==O 键的特征峰，表明纤维素上的羟基参与反应，且改性后材料表面出现羧基基团。图2b 为纤维素原料与Cell-COOH 的XRD 谱图。可以看出，纤维素在2θ=15.1°与22.3°处存在纤维素Ⅰ型典型的(101) 与(002) 晶面衍射峰[26] ，而Cell-COOH 在这两处衍射峰的强度明显减弱，表明在改性过程中纤维素的晶型保持不变，但结晶度略有降低。同时，通过XPS 分析了改性前后材料表面官能团的差异（图2c 和d），改性前纤维素的C 1s谱图主要由C—C/C—H（284.8 eV）、C—O/C—OH（286.5 eV）和C—O—C（287.9 eV）组成[27]，而酯化反应后纤维素的C—O/C—OH 峰强度略有下降，且在288.9 eV 处出现了新的峰，归属为O—C==O[28]，表明反应后纤维素羟基数量下降，且材料表面出现羧基基团。

纤维素反应前后的SEM 如图3 所示。可以看出，反应前纤维素原料呈纤维长条状，经酸酐改性后的材料表面褶皱增多，且出现碎屑状物质，这使材料与吸附质间的接触面积增大，有利于吸附反应的进行。

为了考察Cell-COOH 在不同溶剂及温度下的稳定性，测定了在不同溶剂中浸泡过的萃取材料的红外光谱及热失重曲线，结果如图4 所示。从图4a 可以看出，萃取材料在超纯水、酸、丙酮及甲醇中浸泡后，其红外谱图没有发生明显变化；但在碱溶液中浸泡后，材料在1711 cm–1 处的C==O 峰强有微弱的下降，说明碱溶液在一定程度上会破坏材料的羧基结构，后续萃取过程中应避免碱性溶剂的使用。由图4b 可见，浸泡过的萃取材料的热失重曲线与未处理过材料相似；第1 次质量损失发生在25～240 ℃，主要是水和溶剂的蒸发所致；当温度升高至240 ℃以上时，材料出现大幅度的失重，可能是由于材料自身热降解导致[29]，可见材料及溶剂浸泡后材料在240 ℃内均表现出较好的热稳定性。综上所述，该材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，能够满足实验过程中温度与试剂的要求。

2.2 固相萃取条件的优化

为了研究纤维素萃取材料对苯丙胺的最佳萃取效果，对萃取条件（溶液pH、萃取剂用量、萃取时间）和洗脱条件（洗脱剂种类、洗脱剂用量、洗脱时间）等参数进行优化。

苯丙胺属于弱的有机碱，羧酸基团属于弱酸，因此，溶液pH 不仅能影响苯丙胺在水溶液中的解离，还能影响纤维素萃取材料羧酸基团的游离，从而影响萃取效果。将质量浓度为0.1 mg/L 的苯丙胺加标水样体积固定为20 mL，在萃取材料用量为0.5 g/L、萃取时间为60 min、洗脱剂为体积分数为0.8%的HCl 水溶液、洗脱剂用量为0.1 L/g（萃取剂，下同）、洗脱时间为30 min 的条件下，研究不同pH对萃取材料萃取苯丙胺效果的影响，结果见图5a。可以看出，当溶液pH＜6 或＞8 时，纤维素对苯丙胺的萃取回收率明显较低，均＜50%；而当pH 为8时，萃取效果最佳。这主要是因为在pH 较低时，苯丙胺在水中主要以C9H14N+阳离子形式存在，另一方面Cell-COOH 因表面羧基电离受溶液中H+浓度的影响，使得苯丙胺与Cell-COOH 之间不能依靠静电引力相互作用，导致萃取效果较差；随着溶液pH 的增大，Cell-COOH 表面的羧基逐步解离为—COO–，材料表面负电荷增多，与水中阳离子态苯丙胺的静电相互作用增强，使得萃取效果得到提升[30]；而当pH>8 后，苯丙胺在水中的形态逐渐转变为分子态，在水中的溶解度也随之降低，不利于萃取的进行[31]。因此，最佳溶液pH 为8。

萃取剂用量是影响萃取效果的重要参数，理论上萃取剂用量越多，能提供的作用位点也越多，萃取效果也能得到提高，然而，过量的萃取剂会造成使用成本提高。为了探讨最合适的萃取材料用量，在pH 为8、萃取时间为60 min、洗脱剂为体积分数0.8%的HCl 水溶液、洗脱剂用量为0.1 L/g、洗脱时间为30 min 的条件下，考察Cell-COOH 用量（控制在0.05～2.00 g/L）对苯丙胺萃取回收率的影响，结果如图5b 所示。可以看出，苯丙胺的萃取回收率随着Cell-COOH 用量的增加而增加，而当吸附剂用量>0.5 g/L 后，萃取效果趋于平缓。因此，萃取材料最佳用量为0.5 g/L。

在pH 为8、萃取剂用量为0.5 g/L、洗脱剂为体积分数0.8%的HCl 水溶液、洗脱剂用量为0.1 L/g、洗脱时间为30 min 的条件下，考察了萃取时间对萃取效果的影响，结果见图5c。可以看出，当萃取时间为10 min 时，萃取材料对苯丙胺的萃取回收率可达84.4%，萃取时间为30 min 时对苯丙胺的萃取回收率达到最高值97.8%。

萃取材料的洗脱过程对目标物的分离富集具有重要影响，洗脱剂种类、洗脱剂用量以及洗脱时间是保证目标物从萃取材料上充分洗脱的关键参数。在洗脱剂用量为0.1 L/g、洗脱时间为30 min 的条件下，考察了甲醇、甲酸（FA）-甲醇（FA 体积分数5%）、体积分数为0.8%的HCl 水溶液、体积分数为0.8%的HCl-甲醇溶液4 种溶液对苯丙胺洗脱效果的影响，结果见图5d。可以看出，与其他溶液相比，以体积分数为0.8%的HCl 水溶液为洗脱剂时，萃取回收率可达97.8%，远高于其他溶剂。

洗脱剂用量越大，洗脱效果越好，但用量越大会导致洗脱下来的苯丙胺浓度越低，因此，选择合适的洗脱剂用量，既能保证洗脱效果又能减少洗脱剂用量，提高萃取回收率。图5e 为pH 为8、萃取剂用量为0.5 g/L、萃取时间为30 min、洗脱剂为体积分数0.8%的HCl 水溶液、洗脱时间为30 min 的条件下，洗脱剂用量对苯丙胺萃取效果的影响，可以看出，随着洗脱剂用量的增加，萃取回收率也随之增加，当用量＞0.08 L/g 时回收率趋于平缓。因此，最适洗脱剂用量为0.08 L/g。

最后，在pH 为8、萃取剂用量为0.5 g/L、萃取时间为30 min、洗脱剂为体积分数0.8%的HCl 水溶液、洗脱剂用量为0.08 L/g 的条件下，考察了洗脱时间对苯丙胺萃取效果的影响，结果如图5f 所示。可以看出，随着洗脱时间的延长，萃取回收率不断升高，并在20 min 后趋于平衡。

综上所述，纤维素萃取材料对质量浓度为0.1 mg/L苯丙胺的萃取条件为：富集条件为pH=8.0、萃取剂用量为0.5 g/L、萃取时间为30 min；洗脱条件为体积分数0.8% HCl 水溶液作洗脱剂、洗脱剂用量为0.08 L/g（萃取剂）、洗脱时间为20 min，在此条件下苯丙胺的萃取回收率可达98.3%。

2.3 线性范围与检出限

2.3.1 方法的检出限、定量限和精确度

以Cell-COOH 为萃取剂，在pH=8.0、萃取剂用量为0.5 g/L、萃取时间为30 min；洗脱条件为体积分数0.8%的HCl 水溶液作洗脱剂、洗脱剂用量为0.08 L/g、洗脱时间为20 min 条件下对苯丙胺进行固相萃取，从线性范围、检出限（LOD）、定量限（LOQ）、精确度对该法进行验证，结果见表1。如表1 所示，在0.01～2.00 mg/L 范围内，萃取后苯丙胺质量浓度与初始质量浓度成正比，其工作曲线的相关系数（R2）为0.9973，分别以3 倍信噪比（S/N=3）和10倍信噪比（S/N=10）确定方法的检出限和定量限分别为2.5 和8.0 μg/L。此外，通过对超纯水的加标实验，考察了苯丙胺在3 种质量浓度水平（0.1、0.2、0.5 mg/L）下，方法的日内和日间精确度（RSD），结果见表2。结果表明，3 个水平的加标萃取回收率为83.7%～101.6%，日内和日间的相对标准偏差分别在2.10%～4.71%和2.45%～3.48%范围内。由此可见，本研究所建立苯丙胺的检测方法具备较好的精确度、灵敏度和重现性。

2.4 特异性与抗干扰性能

由于正常尿液中胺类物质存在的可能性不大，本文目前旨在检测被试者尿液中是否含有苯丙胺类毒品，从而推测其是否吸毒，因此，测试了尿液中可能存在的其他滥用药物（对乙酰氨基酚、阿司咪唑、氟西汀、丁卡因、可替宁）以及潜在干扰物（常见阴阳离子、葡萄糖、尿素、抗坏血酸）对苯丙胺萃取回收率的影响，结果见图6。

由图6a 和b 可知，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、NH4+、CO32–、SO42–、NO3–、葡萄糖、尿素以及抗坏血酸（VC）的存在对苯丙胺的萃取效果没有明显影响。然而，当有NaCl 或KCl 存在时，萃取回收率受到影响，并且含量越高干扰效果越明显。这可能是因为，NaCl 和KCl 的存在提高了溶液的离子强度，而在高离子强度下，电荷平衡离子会包围带相反电荷的吸附位点，部分离子会中和吸附位点的电荷，进而影响萃取材料与苯丙胺之间的静电作用[32]。图6c为几种滥用药物对纤维素萃取材料用于苯丙胺检测的影响。可以看出，几种滥用药物的加入均不影响苯丙胺的检测效果，说明该法对苯丙胺的富集浓缩具有一定的特异性和抗干扰能力，具有较大的应用于实际尿液检测的可行性。

2.5 重复利用性

萃取材料的可重复利用性对于构建绿色环保的样品前处理方法具有重要意义。本研究将萃取使用后的Cell-COOH 用浓度为1 mol/L 的HCl 水溶液清洗2 次，然后用超纯水洗涤至中性后，于–40 ℃的冷冻干燥机干燥24 h 后，再将其重新用于苯丙胺的固相萃取，考察该材料的重复利用性能，结果如图7 所示。可以看出，随着循环次数的增加，苯丙胺的萃取回收率略有下降，第7 次使用时，萃取回收率仍能保持在92%以上。由此可看出，Cell-COOH 作为固相萃取材料在对苯丙胺富集浓缩中具有较好的重复利用性能。

为了分析循环利用对材料表面的结构影响，采用FTIR、XPS、SEM 对萃取前后材料进行表征，循环使用7 次后Cell-COOH 的FTIR、XPS 和SEM 图，分别见图8 和图9。由图8 可看出，Cell-COOH 材料的表面官能团没有出现变化。由图9 可看出，经过7 次使用的材料表面结构未受到破坏。以上结果均表明，Cell-COOH 在固相萃取过程中具有显著的机械稳定性。材料羧基结构与萃取回收率的同步保持意味着羧基在Cell-COOH 富集苯丙胺中起到重要作用，材料对样品中苯丙胺的高效富集主要通过羧基与苯丙胺上氨基间产生的静电作用与氢键作用协同实现。

2.6 实际样品分析

为了验证上述建立方法的实用性，以两名志愿者的健康尿液（尿样1 和2）作为实际样，根据吸毒人员尿液中实际苯丙胺浓度水平[33-36]，在样品中加标（加标质量浓度分别为0.1 和0.5 mg/L），按照上述固相萃取-高效液相色谱法对样品进行测试，验证方法的实际可行性。图10 是苯丙胺标准溶液、空白尿液（尿样1）和加标尿液（加标质量浓度为0.1 mg/L）萃取后的HPLC 谱图。

由图10 可知，质量浓度为0.1 mg/L 的苯丙胺标准溶液由于质量浓度过低，在HPLC 谱图中无法检测到其特异性峰；空白尿样中也未有苯丙胺检出；当对尿液进行加标（质量浓度为0.1 mg/L）回收检测时，HPLC 谱图在保留时间为4.2 min 处出现苯丙胺的特征峰，证明该法能用于尿液中苯丙胺的分离富集。

实际尿液中加标检测结果如表3 所示。从表中数据可以看出，苯丙胺样品的萃取回收率为74.41%～82.14%，相对标准偏差为2.32%～6.85%。在实际吸毒检测中，常通过定性检测待测人员尿液样品中是否存在苯丙胺来推断其是否吸毒。从图10 也可以看出，实际尿液加标萃取后苯丙胺的峰值明显，能够明确地识别到尿液中苯丙胺的存在。以上结果表明，该法具有较好的萃取回收率与重现性，并具有较强的实用性。考虑到尿液介质的复杂性，该法能满足苯丙胺类毒品日常分离检测要求。

2.7 Cell-COOH 对苯丙胺的吸附机理分析

不同pH 下苯丙胺的存在形式及Cell-COOH 的Zeta 电位如图11a 所示。

由图11a 可以看出，Cell-COOH 的等电点约为2.1，且不同pH 下苯丙胺存在两种不同的形式〔低pH 时的离子态AMP（+）和高pH 下的AMP 分子态〕。结合不同pH 下吸附容量的变化（图5a），可推断出Cell-COOH 与苯丙胺之间存在静电引力作用[37]。

采用XPS 对吸附苯丙胺后的Cell-COOH（吸附条件为苯丙胺质量浓度0.1 mg/L，pH=8.0、萃取剂用量0.5 g/L、吸附时间30 min）进行表征，结果见图11b～d。结果显示，与吸附前（图8b）相比，吸附后（图11b）Cell-COOH 上C—C/C—H 键占比从22.60%升至28.52%，主要是由于Cell-COOH 表面吸附的苯丙胺中含有C—C/C—H 键，导致其占比升高；而O—C==O 键占比从5.02%降至2.32%，推测Cell-COOH 上的O—C==O 键可能参与了氢键的形成，导致占比下降。比较吸附前后Cell-COOH 的O 1s 图（图11c 和d），可以看出，吸附苯丙胺后O 1s谱图在结合能531.7 eV 处新出现O…H 的特征峰，表明在吸附过程中，Cell-COOH 上的羧基—C==O与苯丙胺氨基上的氢原子形成了—C==O…H—NH—氢键[38-39]。此外，吸附苯丙胺后Cell-COOH 表面出现了N 元素，其N 1s 谱图（图11e）上的3 个特征峰分别归属于 C—N（401.6 eV）、N…H—O（400.7 eV）和N—H/NH2（399.8 eV），其中C—N键和N—H/NH2 归属于材料表面上吸附的苯丙胺，而N…H—O 则为Cell-COOH 羧基上的氢原子与苯丙胺上的氮原子形成的—COOH…NH2—氢键[40]。以上结果表明，在Cell-COOH 与苯丙胺作用过程中会形成两种氢键，一是Cell-COOH 羧基上的氢原子与苯丙胺上的氮原子形成的—COOH…NH2—氢键，二是苯丙胺氨基上的氢原子与Cell-COOH 羧基中的C==O形成—C==O…H—NH—氢键。

基于以上研究，Cell-COOH 对苯丙胺的吸附作用主要归因于Cell-COOH 与苯丙胺之间的静电引力和氢键协同作用（图11f）。当2.1≤pH≤9.9 时，Cell-COOH（–）与AMP（+）之间存在的静电引力大大降低了空间位阻，使得材料与苯丙胺更易形成氢键，而氢键的作用会减弱羧基负电荷的稳定性，促进羧酸中氢的解离[41]，两种作用力相互促进提高了Cell-COOH 对苯丙胺的吸附能力。

3 结论

以纤维素为原料，对其进行改性制备纤维素基萃取材料（Cell-COOH），将其作为固相萃取材料用于苯丙胺的富集浓缩，并建立固相萃取-高效液相色谱法用于尿液中苯丙胺毒品的分析检测。改性后纤维素表面变得粗糙并在其表面出现羧基官能团；Cell-COOH 在苯丙胺的分离富集中表现出良好的富集能力、特异性、抗干扰能力与重复使用性，在最佳条件下，即pH 为8，萃取剂用量为0.5 g/L，萃取时间为30 min，洗脱剂为0.8%（体积分数）的HCl水溶液，洗脱剂用量为0.08 L/g，洗脱时间为20 min，Cell-COOH 对苯丙胺的萃取回收率可达98.3%，使用第7 次时，萃取回收率仍能保持在92%以上。Cell-COOH 材料主要通过静电引力和氢键与苯丙胺相互作用，达到富集回收的目的。在实际尿液样品分析中，该法表现出较高的灵敏度（LOQ=8.0 μg/L；LOD=2.5 μg/L）及较好的重现性（RSD≤4.71%），具有快速、灵敏、重现性高等优点，在检测尿液样品中苯丙胺类毒品的预处理方面具有良好的应用潜力。

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