表面增强拉曼光谱技术(SERS)在电子烟液尼古丁定量检测中的创新应用与验证研究

为解决电子烟液尼古丁含量快速检测难题，比利时研究团队开发了基于表面增强拉曼光谱(SERS)的新型定量方法。通过金纳米颗粒(AuNPs)和同位素内标(nicotine-d4)技术，在100-300 μg L?1 范围内实现高精度检测，验证结果符合ICH Q2(R2)标准，为现场执法和实验室检测提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着电子烟在全球范围内的流行，其安全性监管成为公共卫生领域的重要议题。欧盟自2014年起实施的烟草产品指令规定，电子烟液中尼古丁浓度不得超过20 mg mL^?1
。然而，当前主流的色谱分析方法存在耗时长、成本高且难以现场实施等局限性。在此背景下，比利时列日大学的研究团队创新性地将表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)技术应用于电子烟液中尼古丁的定量检测，相关成果发表在《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis Open》上。

研究团队针对传统SERS技术存在的重复性差、基质干扰强等挑战，设计了一套系统解决方案。通过优化金纳米颗粒(AuNPs)合成工艺，结合尼古丁同位素内标(nicotine-d4)校正，首次实现了在两种不同模式拉曼光谱仪（透射模式SETRS和背散射模式手持设备）上的同步验证。特别值得注意的是，该研究突破了SERS技术难以标准化的瓶颈，通过6个验证系列、多批次纳米材料和双操作者的严格测试，建立了符合药物分析国际标准ICH Q2(R2)的定量方法。

关键技术方法包括：1）Lee-Meisel法合成AuNPs作为SERS基底；2）采用nicotine-d4作为同位素编辑内标(IEIS)校正信号波动；3）优化2:2:1的AuNPs-分析物-KCl聚集比例；4）双模式拉曼检测系统（透射SETRS和手持背散射设备）；5）基于β-期望容忍区间的总误差风险评估模型。研究样本为模拟电子烟液基质（甘油/丙二醇1:1）和市售烟弹。

【信号稳定性和特异性研究】
通过时间序列实验发现，AuNPs聚集过程产生的信号在15分钟后趋于稳定（图1）。透射模式SETRS因其更大的采样体积，显著提高了液体样本的代表性。如图2所示，1030 cm^?1
(尼古丁)和995 cm^?1
(nicotine-d4)的特征峰完全分离，且不受50%甘油/丙二醇基质的干扰，证明方法具有高度特异性。

【定量方法开发与验证】
在100-300 μg L^?1
工作范围内，两种设备均展现出优异性能（图3）。透射SETRS的重复性RSD为3.5-4.6%，手持设备更是达到1.8-3.5%。通过β-期望容忍区间评估（图4），所有浓度点的准确度偏差均控制在±15%以内，满足监管需求。特别值得注意的是，不同批次AuNPs和多操作者条件下的中间精密度仍保持稳定，这归功于IEIS对纳米颗粒聚集差异和仪器波动的补偿作用。

【实际样本检测验证】
对宣称20 mg mL^?1
的市售烟弹检测显示（表3），SETRS和手持设备的结果分别为19.48±0.08和19.77±0.29 mg mL^?1
，与标称值偏差<5%，证实了方法的实用可靠性。

该研究首次建立了符合药物分析标准的SERS定量方法，解决了该技术在监管应用中缺乏标准化验证的核心问题。通过创新性地结合透射模式SETRS和手持设备，实现了从实验室到现场的无缝衔接，为海关稽查和市场监管提供了强有力的技术支撑。从更广泛的视角看，这项研究为SERS技术在其他受管制物质（如毒品、兴奋剂）检测中的应用树立了方法论典范。未来研究可进一步探索透射系统的几何参数优化，以及将该技术扩展至电子烟液中其他违禁添加剂的同步检测。